专利名称：可校正环境温度效应的生物传感器及其方法
技术领域：
本发明涉及一种生物传感器，特别是一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法。
背景技术：
近几年来，利用特定酵素催化反应的各种生物传感器已经被发展出来使用于医疗用途上。此种生物传感器的一种用途是用于糖尿病的治疗上，以帮助糖尿病患者控制本身的血糖含量(血液中葡萄糖浓度)在正常的范围内。对于住院糖尿病患者而言，其可在医生的监督下控制本身的血糖含量在正常范围内。但对于非住院糖尿病患者而言，在缺乏医生直接监督的情况下，病患本身能自我控制血糖含量则变得非常重要。
血糖含量的自我控制可由饮食、运动及用药来达成。这些治疗方式通常在医生的监督下同时采用。当糖尿病患者本身能够检测其血糖含量是否在正常范围时，可帮助患者更有效地自我控制其血糖含量。
图1显示一种可供患者自行检测血糖含量的血糖计，其包括一主测试单元10及一供测量血糖含量的生物芯片12。参考图2所示，为生物芯片12构件分解示意图，其包括前端设有一电极部1221的一条状基板122。电极部1221上方覆盖一反应层124、一隔件126及一盖板128。电极部1221设有一操作电极1222及一对应电极1224包围此操作电极1222。操作电极1222及对应电极1224分别电性连接至位于条状基板122尾端的一导线1226及导线1228。覆盖于电极部1221上方的反应层124含有铁氰化钾(potassium ferricyanide)及氧化酶(oxidase)，例如葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)。
在使用上述血糖计时，先将生物芯片12插入主测试单元10。然后，患者可以刺胳针扎刺自己的皮肤以渗出血滴，再将渗出的血滴直接滴在已插进主测试单元10的生物芯片12端部。此血滴被吸入位于电极部1221上方的反应层124，而将反应层124溶解，以进行一酵素催化反应，如下列反应式所示
一预定量的亚铁氰化钾(potassium ferrocyanide)相应血液样品中的葡萄糖浓度而产生。经过一段预定时间后，一作用电压Vref施予在生物芯片12上，以电化学反应地氧化亚铁氰化钾，以释出电子，而产生一相应的反应电流通过操作电极1222。此反应电流正比于酵素催化反应产生的亚铁氰化钾浓度或正比于血液样品中的葡萄糖浓度。由测量此一反应电流即可获得血液样品中的葡萄糖浓度。
图3为图1所示的血糖计的控制电路示意图，其中生物芯片12的电极部1221可视做一电阻Rs，作用电压Vref可由一电池供应。生物芯片12产生的一反应电流I经由一具有一负温度系数电阻(negativetemperature coefficient resistor)(NTC resistor)Rc的电流/电压转换器30转换成一输出电压Vout。此输出电压Vout可以公式(I)表示Vout(1+Rc/Rs)Vref(I)，输出电压Vout供应至一模拟数字转换器32。一微处理器(microcomputer)34读取来自模拟数字转换器32的输出信号，并根据相应此输出信号的一血液样品葡萄糖放电曲线，求得血液样品中的一葡萄糖浓度值，再经由一液晶显示器36将此葡萄糖浓度值显示出来，供患者参考。
参考图4所示，显示图1所示的血糖计所量测的血液样品葡萄糖放电曲线图。由于血糖计的电流/电压转换器30的负温度系数电阻Rc会随环境温度变化而改变，造成输出电压Vout的偏移。此种现有的血糖计于测量血液样品中的葡萄糖浓度时，并未考虑不同环境温度对于Rc及Vout的影响。因此，往往相同的血液样品在不同的环境温度下会得到不一样的葡萄糖浓度测量值，使得血糖含量的测量无法准确。
据此，亟待提供一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法，其可消除环境温度对生物传感器测量准确度的影响。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的不足与缺陷，提供一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法，其可校正环境温度对生物传感器产生的效应，以提高生物传感器的测量准确度。
本发明的另一目的是提供一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法，其利用内建于一与生物传感器结合的微处理器的一电阻Rc-环境温度对照表及复数个相应不同环境温度的Vout-特定成份放电曲线对照表，以求得对应不同环境温度的一检体特定成份放电曲线，以获得检体中特定成份的含量。借助本发明方法，不需增加额外的构成组件，可达到成本降低的目的。
本发明的又一目的是提供一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法，其视生物传感器的生物芯片的酵素成份而定，可测量生物检体中不同的特定成份。
根据以上所述的目的，本发明提供一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法。本发明的生物传感器包括一具有一电阻Rs的生物芯片、一电压供应源、一具有随环境温度变化而改变的一电阻Rc的电流/电压转换器、一模拟数字转换器、一微处理器及一显示器。生物芯片相应一检体中一特定成份产生一反应电流，及电压供应源在检体于生物芯片上一预定时间后，施予一作用电压Vref于生物芯片上，以使生物芯片相应检体中特定成份含量产生反应电流，电流/电压转换器用以将此反应电流转换成一输出电压Vout。微处理器内建有一电阻Rc-环境温度对照表及相应不同环境温度的复数个输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表。微处理器经由模拟数字转换器分析输出电压Vout，其中根据输出电压Vout及公式(I)Vout＝(1+Rc/Rs)Vref(I)，得到Rc电阻值，及根据电阻Rc-环境温度对照表，得到相应的一环境温度T，及在环境温度T下，根据相应的一输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，得到输出电压Vout相应的一特定成份放电曲线，借助此特定成份放电曲线，求得检体中此特定成份的一含量值。显示器用以显示此特定成份含量值。
本发明提供的生物传感器利用内建于微处理器的Rc-环境温度对照表及对应不同环境温度的复数个Vout-特定成份放电曲线，以获得不同环境温度下的一检体特定成份的放电曲线，进而求得检体中特定成份的含量。借助本发明的生物传感器及其测量方法可校正生物传感器的环境温度效应，以提高生物传感器的测量准确度。再者，本发明可校正环境温度效应的生物传感器不增加额外的构成组件，可达到成本降低的目的。
图1为一现有的血糖机外观示意图；图2为图1所示的血糖机的一生物芯片构件分解示意图；图3为图1所示的血糖机的控制电路示意图；图4为图1所示的血糖机测量得到的血液样品中葡萄糖放电曲线图；图5为本发明生物传感器校正环境温度效应的方法的步骤流程图。
图中符号说明10 主测试单元1226、1228 导线12 生物芯片122 条状基板1221电极部124 反应层126 隔件128 盖板1222操作电极1224对应电极具体实施方式
本发明提供一种可校正环境温度效应的生物传感器(biosensor)及其校正环境温度效应的方法。复参照图3，本发明的生物传感器仍包括图1所示现有生物传感器的主要构件，即包括一具有一电阻Rs的生物芯片、一电压供应源、一具有随环境温度变化而改变的一电阻Rc的电流/电压转换器、一模拟数字转换器、一微处理器及一显示器。本发明生物传感器测量一检体中一特定成份含量的原理与图1的现有生物传感器采用的原理相同，皆是将检体施予在已插入生物传感器的主测试单元的生物芯片上，并且利用欲检测的特定成份与生物芯片上酵素之间的酵素催化反应结果，来测量此特定成份的含量。因此，本发明的生物传感器可随生物芯片上所含的酵素成份不同，而用以测量不同生物检体中的不同特定成份。例如，生物芯片上含有葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)时，此生物传感器可用以测量血液样品中的葡萄糖浓度。生物芯片上含有乳酸氧化酶(lactate oxidase)时，此生物传感器可用以测量唾液中的乳酸(lactic acid)浓度。以测量血液中的葡萄糖浓度为例，当血液样品滴在本发明生物传感器的生物芯片上时，血液样品中的葡萄糖与生物芯片上的铁氰化钾(potassium ferricyanide)在葡萄糖氧化酶的催化反应下进行氧化还原反应，产生与血液样品中葡萄糖浓度成正比的一预定量的亚铁氰化钾(potassium ferrocyanide)。因此，检体例如血液样品在生物芯片上一预定时间后，即检体的特定成份例如血液样品中的葡萄糖的酵素催化反应完成后，电压供应源，例如一电池，即施予一作用电压Vref于生物芯片上，以使生物芯片相应此特定成份含量产生一反应电流，例如此一作用电压Vref使相应血液样品中葡萄糖浓度的一预定量的亚铁氰化钾进行氧化反应，以释出电子，而产生此相应的反应电流。具有随环境温度变化而改变的一电阻Rc的电流/电压转换器用以将此反应电流转换成一输出电压Vout。微处理器内建有一电阻Rc-环境温度对照表及相应不同环境温度的复数个输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表。微处理器经由模拟数字转换器分析此输出电压Vout，其中根据此输出电压Vout及公式(I)Vout＝(1+Rc/Rs)Vref(I)，得到Rc电阻值，及根据此电阻Rc-环境温度对照表，得到相应的一环境温度T，以及在此环境温度T下，根据相应的一输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，得到此输出电压Vout相应的一特定成份放电曲线。借助此特定成份放电曲线，进而求得检体中此特定成份的一含量值。显示器则用以显示测得的此特定成份的含量值。
本发明的生物传感器利用内建于微处理器的一电阻Rc-环境温度对照表及相应不同环境温度的复数个Vout-特定成份放电曲线对照表，以求得对应不同环境温度的一检体特定成份的放电曲线，再根据此一放电曲线，计算出检体中此特定成份的含量。因此，借助本发明的生物传感器不仅可校正环境温度对生物传感器的影响，以提高生物传感器的测量准确度外，同时亦不需增加额外的组成构件，可达到降低制造成本的目的。
另一方面，本发明提供的校正生物传感器环境温度效应的方法，其步骤流程参考图5。首先，在步骤501，施予一检体于本发明生物传感器的生物芯片上，及经过一预定时间后，施予一作用电压Vref于此生物芯片上，使生物芯片相应检体中一特定成份含量产生一反应电流。接着，在步骤502，经由生物传感器的电流/电压转换器将此反应电流转换成一输出电压Vout。在步骤503，微处理器经由本发明生物传感器的模拟数字转换器分析处理此一输出电压Vout，其中根据此输出电压Vout及公式(I)Vout＝(1+Rc/Rs)Vref(I)，得到Rc电阻值。接着，在步骤504，根据一电阻Rc-环境温度对照表，得到相应此电阻Rc的一环境温度T。在步骤505，根据相应此环境温度T的一输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，以得到此输出电压Vout相应的一特定成份放电曲线。接着，根据此一特定成份放电曲线，决定检体中的此特定成份含量。以此特定成份放电曲线决定检体中此特定成份含量的方法可以是根据此一特定成份放电曲线，决定其放电终点时间t。之后，根据此一特定成份放电曲线及其放电终点时间t，计算得到检体中的此特定成份含量。另一种方法是，根据此一特定成份放电曲线，求得其一波峰值(peak value)，再根据内建于本发明微处理器的一波峰值-特定成份含量对照表，得到检体中此特定成份含量。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种校正生物传感器环境温度效应的方法，该生物传感器包括一具有一电阻Rs的生物芯片及一具有随环境温度变化而改变的一电阻Rc的电流/电压转换器，其特征在于，该校正生物传感器环境温度效应的方法包括施予一检体于该生物芯片上，该生物芯片用以感测该检体中一特定成份，及经过一预定时间后，施予一作用电压Vref于该生物芯片上，使该生物芯片相应该特定成份含量产生一反应电流；经由该电流/电压转换器将该反应电流转换成一输出电压Vout；根据该输出电压Vout及公式(I)Vout＝(1+Rc/Rs)Vref(I)，得到该电阻Rc；根据一电阻Rc-环境温度对照表，得到相应该电阻Rc的一环境温度T；根据相应该环境温度T的一输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，得到该输出电压Vout相应的一该特定成份放电曲线；及根据该特定成份放电曲线，得到该检体中该特定成份的一含量值。
2.如权利要求1所述的校正生物传感器环境温度效应的方法，其特征在于，上述的电阻Rc-环境温度对照表内建于一与该生物传感器结合的微处理器中。
3.如权利要求1所述的校正生物传感器环境温度效应的方法，其特征在于，上述的输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表内建于一与该生物传感器结合的微处理器中。
4.如权利要求1所述的校正生物传感器环境温度效应的方法，其特征在于，上述的生物传感器测量的该检体中的该特定成份视该生物芯片的一酵素成份而定。
5.一种可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，其包括一具有一电阻Rs的生物芯片，该生物芯片相应一检体中一特定成份产生一反应电流；一电压供应源，在该检体于该生物芯片上一预定时间后，施予一作用电压Vref于该生物芯片上，以使该生物芯片相应该特定成份含量产生该反应电流；一具有随环境温度变化而改变的一电阻Rc的电流/电压转换器，用以将该反应电流转换成一输出电压Vout；一模拟数字转换器；一微处理器，其内建有一电阻Rc-环境温度对照表及相应不同环境温度的复数个输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，该微处理器经由该模拟数字转换器分析该输出电压Vout，其中根据该输出电压Vout及公式(I)Vout＝(1+Rc/Rs)Vref(I)，得到该电阻Rc，及根据该电阻Rc-环境温度对照表，得到相应的一环境温度T，以及在该环境温度T下，根据相应的一该输出电压Vout-特定成份放电曲线对照表，得到该输出电压Vout相应的一特定成份放电曲线，借助该特定成份放电曲线，求得该检体中该特定成份的一含量值。
6.如权利要求5所述的可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，更包含一显示器，用以显示该特定成份的该含量值。
7.如权利要求5所述的可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，上述的检体为一血液样品。
8.如权利要求5所述的可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，上述的生物传感器测量的该检体中的该特定成份视该生物芯片的一酵素成份而定。
9.如权利要求5所述的可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，上述的电压供应源包含一电池。
10.如权利要求6所述的可校正环境温度效应的生物传感器，其特征在于，上述的显示器为一液晶显示器。
全文摘要
本发明涉及一种可校正环境温度效应的生物传感器及其方法，本发明提供一种对应生物传感器不同环境温度的检体中一特定成分放电曲线测量方法，其根据测量得到的一V
文档编号G01D3/028GK1515682SQ03101040
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月8日 优先权日2003年1月8日
发明者黄英俊, 陈俊仁 申请人:力捷电脑股份有限公司