专利名称：非侵入式血糖计电极结构的制作方法
技术领域：
一种电极结构，尤其是指一种非侵入式血糖计的电极结构。
背景技术：
一般来说，血糖的检测是用于糖尿病的预防与观察上。拜科技进步之赐，现今除了传统的侵入式血糖计之外(也就是先将血液滴在试片上，再由血糖计量测血糖浓度的测量 方式)，也有许多的非侵入式血糖计(non-invasiveblood glucose meter)问世。非侵入式 血糖计因为不会在身体上造成伤口，所以较不会造成感染，其包含有利用光谱法或是利用 逆向离子电渗法等技术进行血糖测量的血糖计。其中，利用逆向离子电渗法(reverse iontophoresis)进行血糖测量的非侵入式 血糖计，是通过电极在皮肤上施加小电压，将皮肤下的血糖及间质液抽取出来进行反应并 测量血糖的浓度。请参照图1，为一般非侵入式血糖计利用逆向离子电渗法来抽取葡萄糖的示意图， 其中包含有偏压供应器11、负电极13、正电极14以及凝胶层15。其运作的原理为偏压供 应器11提供小电压于负电极13以及正电极14，当供应的电压足够大时，皮肤19中的一些 正离子17 (如Na+)会被负电极13所吸引，并渗透出皮肤19的表面而进入凝胶层15中，一 些负离子18(如Cl)则会被正电极14所吸引而同样被抽取进入凝胶层15中。此时，皮肤 19中的葡萄糖分子16以及间质液便会随着正离子17与负离子18渗透进入凝胶层15。接 着，葡萄糖分子16会与凝胶层15中的反应物质(如葡萄糖氧化酶)进行化学反应，产生反 应电流，而反应电流经过电流传感器12的测量、分析以及换算之后，就可得知受测人的血 糖浓度。请参照图2A所示，为现有的非侵入式血糖计的分解示意图。概略上来说，其中包 含有第一电极21及第二电极23以及凝胶层25(hydr0gel pad)。凝胶层25中容纳了用来 与葡萄糖进行反应的反应物质，像是葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GO)等等，其放置于 皮肤上，通过在第一电极21和第二电极23施加小电压，利用逆向离子电渗法的原理，即可 将人体皮肤下的间质液以及葡萄糖抽取进入凝胶层25中进行化学反应。如图2B所示，为现有非侵入式血糖计的电极结构的侧视图，有第一电极21、第二 电极23以及凝胶层25。在使用时，该电极结构是层叠于皮肤19上，其中凝胶层25与皮肤 19接触的那一面还包含有半透膜27，让葡萄糖以及间质液能够进入凝胶层25中与葡萄糖 氧化酶进行反应。需要注意的是，在施加电压时，第一电极21和第二电极23所产生的电场线会如图 2B中的曲线所示，而因为带电粒子所受拉力或推力会在电场线的切线方向，所以皮肤19下 的离子所受到的力方向就会如箭头所示。由图中举例来说，皮肤19下的正离子17受力方 向大部分都不是垂直于皮肤19的表面，会有较大的额外水平分力，因此要将离子抽离皮肤 19便需要有较大的电场。而且，不同位置所受的电场大小也不相同，会造成皮肤19的不良 刺激。[0008]又，因为两电极和皮肤19之间隔着凝胶层25，使得两电极和皮肤19之间有一段距 离，所以就需要更大的电压才能够产生足以抽取葡萄糖的电场，使更换电源(如电池)的频 率升高，也造成能量的浪费与抽取效率的降低。另外，请参照图2C，与图2B不同的是，图2C中第一电极21，和第二电极23，是设 置于凝胶层25’与皮肤19之间的。通过在第一电极21’和第二电极23’施加电压，利用逆 向离子电渗法将葡萄糖抽取上来，并通过渗透的方式让葡萄糖穿过半透膜27’进入凝胶层 25’中与葡萄糖氧化酶进行反应。这种电极配置的方式同样会导致皮肤19的不良刺激，并 且葡萄糖渗透进入凝胶层25’的效率也不甚理想。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题在于，改善非侵入式血糖计抽取葡萄 糖的电极供应电场不均勻的情形，以减少皮肤刺激、延长血糖计使用时间，并提升抽取葡萄 糖的效率。为了达到上述目的，根据本实用新型的一方案，提供一种非侵入式血糖计电极结 构，包含有一第一电极、多个第二电极、以及一半透膜。其中第一电极为面状的电极；第二电 极是以凸出于该第一电极的表面和平均分布的方式设置于第一电极，并且与该第一电极之 间不接触导通；半透膜则设置于第二电极凸出于第一电极表面的那一端，以使半透膜与第 一电极间形成一容置空间，且第二电极凸出于第一电极表面的部分是容纳于容置空间中。这些第二电极可以是针状、锥状、柱状或片状电极，也可以是用纳米碳管(每个形 成电极的纳米碳管长度相同)或其它导电材料制成，甚至是用一导电部覆盖于一支撑部 (可以是导电物质或非导电物质)的表面来制成的组合电极，其以平均分布的方式设置于 第一电极的表面。特别的是，第一电极可以包含有多个穿孔，让这些第二电极能够以穿过这 些穿孔的方式设置于第一电极的表面；或是将这些第二电极设置于该第一电极的表面，并 且在第一电极与第二电极交界处提供一间隔距离或一绝缘物质，使第一电极与第二电极不 会互相导通。半透膜则是与第一电极相对设置于这些第二电极的两端，使半透膜与第一电极间 形成容置空间。该容置空间容纳有用来与葡萄糖进行反应的反应物质，像是葡萄糖氧化酶 (glucose oxidase, GO)，当施加电压于这些第二电极以及第一电极时，利用逆向离子电渗 法的原理，葡萄糖即会被抽取并透过半透膜进入该容置空间中与反应物质进行反应，然后 经过分析换算后即可得知葡萄糖浓度。相比于现有技术，本实用新型的有益技术效果包括通过电极构造的改变，让非侵 入式血糖计在抽取人体皮肤下的葡萄糖时，电场能够均勻地施加于皮肤上，以减少皮肤的 过度刺激；并且拉近皮肤与电极间的距离，让电极只需使用较小的电压，即可抽取皮肤下间 质液中的葡萄糖，提升抽取与药物穿透的效率。以上之概述与接下来的实施例，皆是为了进一步说明本实用新型的技术手段与所 达成的功效，然而所叙述的实施例与图式仅为提供参考与说明，并非用来对本实用新型加 以限制。
图1为现有非侵入式血糖计利用逆向离子电渗法来抽取葡萄糖的示意图；图2A为现有的非侵入式血糖计的分解示意图；图2B为现有的非侵入式血糖计电极结构的侧视图；图2C为现有的非侵入式血糖计电极结构的侧视图；图3A为本实用新型非侵入式血糖计电极结构的一种实施例的侧视图；图3B为本实用新型非侵入式血糖计电极结构的又一种实施例的侧视图； 图4A为本实用新型非侵入式血糖计电极结构的另一种实施例的侧视图；及图4B为本实用新型非侵入式血糖计电极结构的再一种实施例的侧视图。其中，附图标记说明如下11偏压供应器12 电流传感器13 负电极14 正电极15凝胶层16葡萄糖分子17 正离子18 负离子19 皮肤21、21，第一电极23、23，第二电极25、25，凝胶层27、27，半透膜31a,31b 第一电极32 穿孔33a、33b 第二电极34绝缘物质35容置空间37、37，半透膜
具体实施方式
本实用新型通过电极结构的改变，让非侵入式血糖计施加在皮肤上的电场能够均 勻，提升葡萄糖抽取的效率。请参照图3A，为非侵入式血糖计电极结构的一种实施例的侧视图，包含有一第一 电极31a以及多个第二电极33a。其中这些第二电极33a可以是用纳米碳管或其它导电材 料制成的电极，且这些第二电极33a是以均勻分布的方式，设置于第一电极31a的表面。值 得一提的是，这些第二电极33a与该第一电极31a之间可通过提供一间隔距离或是一绝缘 物质34的方式，使第一电极31a和这些第二电极33a不会因为互相接触而导通。在较佳的 实施例中，每个第二电极33a都是以同样高度凸出于第一电极31a的表面，使得在施加电压时，其所产生的电场能够尽量均勻。作为第二电极33a的材料的纳米碳管是一种纯碳组成的中空管结构，具有与金刚 石相同的导热和独特的力学性质，其有抗张强度高、可弯曲性良好、重量轻、化学性质安定， 并具有绝佳的场发射效应，这些优良的特性使其应用在各个领域中，作为导电或强化材料 Z用ο 第一电极31a可以是面状的电极，形状不拘，而这些第二电极33a可各自以相同的 一预设距离，均勻分布在第一电极31a的表面，以使其所产生的电场能够较为均勻(如图3A 中所示)，让皮肤19中正离子17与负离子所受的力几乎是垂直于皮肤19表面，水平分力 小，抽取效率高，如此只需较为少量的电压施加于第一电极31a和第二电极33a，即足够用 以抽取葡萄糖。另外，在第二电极33a靠近皮肤19的那一端设置有半透膜37，如图3A中所示，半 透膜37和第一电极31a之间会形成容置空间35，该容置空间35容纳了这些第二电极33a 以及用来与葡萄糖进行反应的反应物质(如葡萄糖氧化酶)。如此一来，这些第二电极33a 和皮肤19的相隔距离便只有半透膜37的厚度，因此只要施加较小的电压于这些第二电极 33a以及第一电极31a，即足够利用逆向离子电渗法的原理，将葡萄糖以及间质液从皮肤19 抽取出来，透过半透膜37进入该容置空间35中与反应物质进行反应。最后将反应电流经 过测量、分析及换算后，即可得知葡萄糖浓度。值得一提的是，这些第二电极33a可以是柱状、针状(tip)、锥状或片状的导电物 质，除了纳米碳管之外，也可以是金属或是高分子材料等，甚至可以是用一支撑部作为骨干 (可以为导电物质或不导电的物质)并在外表面覆盖一层导电部的方式制成，利用导电部 作皮肤19上小电压的供应。特别的是，因为这些第二电极33a可以是如纳米碳管等微小的 导电物质，其可以通过有如印刷电路板或集成电路的接线方式，来对这些第二电极33a施 加电压。更进一步说明，因为皮肤19的不良刺激大部分都发生在第一电极31a的周围电场 线变化较大之处，所以供应给这些第二电极33a的电压，可以依据其设置于该第一电极31a 的位置而有所不同。举例来说，供应给越靠近边缘的第二电极33a的电压，可以逐渐减弱， 让皮肤19所受的刺激减少。请参照图3B，其与图3A不同之处在于，这些第二电极33a的一端还可穿入半透膜 37’中，让这些第二电极33a与皮肤更为接近，进一步降低所施加的抽取电压，以节省电力 消耗，延长非侵入式血糖计的使用时间。接着请参照图4A，为非侵入式血糖计电极结构的另一种实施例的侧视图，同样包 含有第一电极31b以及第这些二电极33b。与图3A不同的是，第一电极31b包含有多个穿 孔32，用来设置这些第二电极33b。其中这些第二电极33b可以是针状、柱状、锥状及片状 等，且可以是用纳米碳管或其它导电材料制成的电极，甚至是利用一导电部覆盖于一支撑 部表面的方式制作而成的电极。而这些第二电极33b可以用像是印刷电路板或集成电路的 镀线方式来作电压的供应。更进一步说明，供应给这些第二电极33b的电压，可以依据其设置于该第一电极 31b的位置而有所不同。举例来说，供应给越靠近边缘的第二电极33b的电压，可以逐渐减 弱，让皮肤19所受的刺激减少。[0054]这些第二电极33b是以均勻分布并穿过这些穿孔32的方式，设置于第一电极31b 的表面，且每个第二电极33b都是以同样高度凸出于第一电极3Ib的表面，使得在施加电压 时，使皮肤19所承受的电场能够尽量均勻。如图4A所示，皮肤19中的正离子17所受的拉 力便会大部分垂直于皮肤19的表面。当然，这些第二电极33b与该第一电极31b之间可以 提供一间隔距离或一绝缘物质34，让第一电极31b和第二电极33b不会因为互相接触而导通。第一电极31b可以是面状的电极，形状不拘，覆盖于皮肤19上。半透膜37设置在 第二电极33b靠近皮肤19的那一端，如图4A中所示，半透膜37和第一电极31b之间会形 成用来置放葡萄糖氧化酶的容置空间35。其中值得一提的是，第二电极33b与葡萄糖氧化 酶是同样容纳于容置空间35中的。如此一来，第二电极33b和皮肤19的相隔距离便只有 半透膜37的厚度，因此只要施加较小的电压于第二电极33b以及第一电极31b，即能产生足 够的电场来抽取皮肤19下的葡萄糖，提升抽取效率。请参照图4B，其与图4A不同之处在于，这些第二电极33b的一端还可穿入半透膜 37’中，让这些第二电极33b与皮肤更为接近，进一步降低所施加的抽取电压，以节省电力 消耗，延长非侵入式血糖计的使用时间。通过对非侵入式血糖计的电极结构进行改良，使电场平均施加在皮肤上，让离子 受力能尽量垂直于皮肤表面，以减少所需施加的抽取电压以及减少皮肤的不良刺激。并且， 通过电极的微小化，将电极与皮肤的距离拉近，使血糖机能够用更小的电压即足够抽取葡 萄糖进行分析，以提升葡萄糖抽取的效率并延长非侵入式血糖计的使用时间。以上所述为本实用新型的具体实施例的说明与图式，而本实用新型的专利权范围 应以权利要求书的范围为准，任何本实用新型所属技术领域的技术人员可轻易思及的变化 或修饰，皆可涵盖于本申请所界定的专利保护范围之内。
权利要求一种非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，包括一第一电极，为面状的电极；多个第二电极，以凸出于该第一电极的表面和平均分布的方式设置于该第一电极，并且与该第一电极之间不接触导通；以及一半透膜，设置于所述第二电极凸出于该第一电极表面的一端，以使该半透膜与该第一电极间形成一容置空间；且所述第二电极凸出于该第一电极表面的部分是容纳于该容置空间中。
2.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，所述第二电极与该第 一电极之间包含有一间隔距离或一绝缘物质，以使所述第二电极与该第一电极不会互相接 触导通。
3.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，该第一电极还包含有 多个穿孔。
4.如权利要求3所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，设置于该第一电极的 所述第二电极，以穿过所述穿孔的方式凸出设置于该第一电极的表面。
5.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，所述第二电极为柱状 电极、针状电极、锥状电极或片状电极。
6.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，所述第二电极为一纳 米碳管。
7.如权利要求6所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，所述纳米碳管为相同 长度的纳米碳管。
8.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，所述第二电极包括一 支撑部以及一导电部，该导电部覆盖于该支撑部的表面。
9.如权利要求1所述的非侵入式血糖计电极结构，其特征在于，该容置空间容纳有一 用来与葡萄糖进行反应的反应物质。
专利摘要一种非侵入式血糖计的电极结构，包含有第一电极、多个第二电极、以及半透膜，其中第二电极以平均分布的方式设置于第一电极的表面，让电场能够均匀施加于皮肤上。半透膜则是设置于第二电极凸出于第一电极表面的那端，使半透膜与第一电极间形成容置空间，而容置空间中还放置了用来与葡萄糖进行反应的反应物质，抽取的葡萄糖也是进入容置空间中来进行反应。本实用新型可改善非侵入式血糖计抽取葡萄糖的电极供应电场不均匀的情形，以减少皮肤刺激、延长血糖计使用时间，并提升抽取葡萄糖的效率。
文档编号A61B5/1477GK201767968SQ20102029165
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者史德智, 唐明中, 洪国永, 王殿臣, 金立德 申请人:长庚医学科技股份有限公司;明志科技大学