电化学生物传感器测量系统的制作方法

专利名称：电化学生物传感器测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学生物传感器测量设备。
背景技术：
为了诊断和预防糖尿病，日益强调对血糖水平进行周期性监测的 重要性。现在，设计用于在手持读取设备中使用的带状生物传感器允 许个人容易地监测血液中的葡萄糖水平。
大量商用化的生物传感器使用电化学技术来测量血液样本中的葡 萄糖含量。电化学技术的原理基于以下反应1。。
此外，根据本发明的电化学生物传感器测量设备中使用的电化学 生物传感器的电极还可以包括样本流动性确定龟极，布置在工作电极 之后，并且能够测量下平面绝缘板上的整个血液样本的流动性。 以平行电极作为示例，更详细描述生物传感器。 在使用平行电极来构造用于根据本发明的电化学生物传感器测 量设备的电化学生物传感器的情况下，该生物传感器可以具有以下结 构其中工作电极和辅助电极由50-250pm厚的压力粘合剂分隔物彼此
8隔离、彼此对准或不对准、同时彼此相对。
在该薄分隔物中，提供了毫升体积规模的毛细样本管，用于将生 物样本注入由工作电极和辅助电极限定的测量空间，并将样本保留在 该测量空间中。该毛细样本管包括样本引入部分和微路径。
在该薄分隔物中，优选地，将样本流动性确定电极置于与工作电 极或辅助电极相距预定距离，使得具有40%血球体积的氟化血液可以
在约600ms内沿0.5-2mm宽、50-250iam高的微路径到达工作电极(或辅 助电极)，更优选地，将样本流动性确定电极置于与工作电极或辅助电 极相距预定距离，使得非氟化血液可以在300ms内沿0.5-2mm宽、 50-250)im高的微路径到达该电极，更优选地在200ms内到达。
为了将血液样本引入生物传感器的一端，样本引入部分优选地形 成为"L"形，以允许快速、精确和方便地将血液样本从生物传感器 带的前端引入。样本引入部分被构造为使得在样本引入路径与气孔交 叉的位置形成容许空间。这里使用的术语"交叉"是指样本引入路径 与气孔不是相互平行布置的，而是在预定点相交。
在测试期间，该容许空间有助于在路径内维持血液样本的恒定而 精确的体积，同时通过气孔排出多余的样本。同样，容许空间可以用 作布置样本流动性确定电极的位置。当被引入样本引入部分时，血液 样本通过微路径移动至电极。
在根据本发明的电化学生物传感器测量设备中使用的电化学生 物传感器中，可以仅通过将试剂溶液仅应用至工作电极，或应用至工 作电极和样本流动性确定电极，来形成反应试剂层。反应试剂层包括 酶(如葡萄糖氧化酶或乳酸氧化酶)、电子移动介体、水可溶聚合体(如 醋酸纤维素、聚乙烯醇或聚吡咯)、具有4至20个碳原子的脂肪酸作为 用于减小血细胞比容效应的试剂、以及亲水性季铵盐。
在根据本发明的电化学生物传感器中，电极连接部分(生物传感 器与测量设备在此处电连接)被设计为存在于与工作电极与辅助电极 经由连接线连接的平面相同的平面中。通过该电极连接部分将本发明 的生物传感器根据电化学反应的结果而测量出的血糖水平提供给测量 设备，从而可以将其数值转换为准确的血糖值。根据本发明的电化学生物传感器包括生产批次信息识别部分，用 于将与在制造生物传感器时用于相应生产批次的各液体样本浓度相关 的校准曲线信息与生物传感器生产批次信息一起提供给用户。
生产批次信息识别部分可以包括一个或多个色调标记，用于显示 与生产批次之间的差异相关的信息，这些差异归因于颜色、亮度或色
度差异。优选地，将色调标记的数目调整为落在i至io的范围内。
在根据本发明的电化学生物传感器测量设备中，以下详细描述测 量设备中生产批次信息识别部分进行识别的操作原理。
在测量设备中，在较小的空间内集成了至少两个光发射器(例如 光电二极管)。优选地，在本发明中使用的光电二极管是发射红、蓝和 绿颜色的三分量发光二极管，或发射白、红、蓝和蓝颜色的四分量发 光二极管，但不限于此。从光电二极管发射的光由生物传感器的生产 批次信息识别部分来感测。对此，优选地，具有不同波长的光电二极 管以规则的时间间隔顺序地操作。
生产批次信息识别部分感测的光通过其透射或由其反射，并经过 强度或波长的改变。透射或反射的光由设置在光发射器的中间位置的 检测器(如光学识别器)进行检测。检测器检测到的光强度和波长的 改变传送至计算系统，在该计算系统中将这种改变转换为数字信息。 将转换得到的数字信息进行组合以作为生物传感器的生产批次信息而 出现。
两个或更多光电二极管以规则的时间间隔顺序地发射具有不同波 长的光束。这些源自发射器的、包含生产批次信息的光束可以由不带 滤光器的检测器顺序地进行检测。
参照图2，光发射器700由发射红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色 的三分量光电二极管组成。当其照射在生产批次信息识别部分500上 时，红光通过生产批次信息识别部分500透射或从生产批次信息识别 部分500反射，并由检测器703感测，在检测器703中，将光强度和 波长的改变转换为数字信息。接下来，绿光也照射在生产批次信息识 别部分500上并由检测器703感测，在检测器703中，将光强度和波
长的改变转换为数字信息。然后，蓝光也照射在生产批次信息识别部分500上并由检测器703感测，在检测器703中，将光强度和波长的 改变转换为数字信息。将通过转换光而获得的数字信息进行组合以提 供生产批次信息作为色调标记。
传统上，由于许多光电二极管同时发射各种波长的光束然后这些 光束由检测器进行感测，因此需要使用分光镜和滤光器来对检测的光 的各个波长进行分散和滤波的过程，这使得其计算过程和设备及其程 序较为复杂。相反，根据本发明的电化学传感器测量设备操作于顺序 地从光电二极管发射光束，从而不需要滤光过程，避免了复杂的计算 过程。因此，根据本发明的电化学生物传感器测量设备可以被构造为 具有在经济方面较为有利的简单结构。此外，在将电化学生物传感器 插入其中时，根据本发明的电化学生物传感器测量设备自动识别生物 传感器的生产批次信息，从而使得能够方便、并精确地测量血糖而不 会出现用户造成的错误，同时也较为经济。
可以以分离或集成的结构来构造光发射器和检测器。当检测器适 于检测从色调标记反射的光时，检测器可以位于与光发射器相同的平 面中；当其适于检测透射光时，检测器可以位于与光发射器相对的平 面中。
与用于根据本发明的电化学生物传感器测量设备的电化学生物 传感器相适应的生产批次信息识别部分不限于平行类型的电化学生物 传感器，也可以应用于平面类型的电化学生物传感器(被实现为使得 工作电极和辅助电极在相同的板中形成并如此操作)，还可以应用于差 分类型的电化学生物传感器(被实现为使得平行类型的电化学生物传 感器和平面类型的电化学生物传感器以不同方式来信号通知)。
根据本发明的电化学生物传感器测量设备可以与具有以下结构 的连接器一起使用其中可以实现包括光发射单元/生产批次信息识别
部分/检测器的一个或多个吸收或反射路径，从而识别标记在生物传感 器上的生产批次信息。
例如，连接器可以由具有透明材料(如透明丙烯酸类或塑料)的 主体形成。
此外，连接器可以在其一侧具有透射窗，使得经由光发射单元/生产批次信息识别部分/检测器吸收或反射的红外线从中通过。相应 地，即使在连接器由不透明材料制成时，或即使连接器的主体被着色 时，光发射单元发射的光束也可以容易地通过透射窗到达生物传感器 的生产批次信息识别部分，并从而可以识别生产批次信息。
此外，为了使经由光发射单元/生产批次信息识别部分/检测器吸 收或反射的光束通过连接器，连接器可以被制造为使得其一侧具有滑 动门结构。更具体地，当将生物传感器插入连接器时，连接器的滑动 门结构与生物传感器一起沿生物传感器的插入方向被推动，从而实现 了光束沿其可以到达生物传感器的生产批次信息识别部分的路径。在 这种情况下，滑动门结构可以连接至可以被动地或自动地移除生物传 感器的设备，因此，在使用生物传感器之后，可以容易地使用移除设 备将生物传感器与生物传感器测量设备分离或从生物传感器测量设备 移除。
用于根据本发明的生物传感器测量设备的光发射单元和检测器可 以位于测量设备的连接器内部或外部。更具体地，光发射单元和检测 器可以集成在连接器主体中，或可以用作与连接器主体分离的结构。
此外，本发明提供了一种使用电化学生物传感器测量设备的测量 方法，包括
将具有包含生产批次信息在内的生产批次识别部分的生物传感器 插入生物传感器测量设备的连接器端口以激活其加电(步骤1);
通过允许发光二极管顺序地发射具有不同波长的光束并使用生物 传感器中提供的生产批次信息识别部分来检测这些光束，以识别插入
的生物传感器的生产批次信息(步骤2);
根据步骤2中识别的生产批次信息来激活生物传感器测量设备的
测量和操作过程(步骤3);以及
将液体样本引入生物传感器的样本入口，以产生与样本相关的定
量电化学信息，对液体样本的指定成分进行量化，并显示量化结果(步
骤4)。
以下逐步详细描述本发明的使用生物传感器测量设备的测量方法。
12在步骤1中，将具有包含生产批次信息的生产批次识别部分的生 物传感器插入生物传感器测量设备的连接器端口以激活其加电。
如图2所示，通过传感器注入孔将生物传感器插入测量设备。在
插入后，生物传感器110的电极104电连接至连接器的电连接部分 705，以允许电流流动，从而操作测量设备。
接下来，步骤2用于识别步骤1中插入的生物传感器的生产批次 信息。对此，允许发光二极管顺序地发射具有不同波长的光束，同时 生物传感器中提供的生产批次信息识别部分检测这些光束。
如图2所示，将生物传感器110插入连接器将生物传感器通过连 接器电连接至测量设备，以激活测量设备中的光发射器-检测器系统， 从而根据激活的光发射器-检测器系统来识别生物传感器的生产批次
"(曰息。
生产批次信息识别部分可以包括一个或多个色调标记，用于显示 与生产批次之间的差异相关的信息，这些差异归因于颜色、亮度或色 度差异。优选地，将色调标记的数目调整为落在1至10的范围内。
对生产批次信息的识别可以实现如下。
例如，从红、绿和蓝颜色的三分量光电二极管或白、红、绿和蓝
颜色的四分量光电二极管顺序地发射光束，以检测生产批次信息识别
部分的色调标记。通过光学识别设备来识别依赖于检测光束的反射或
透射程度的波长、颜色、亮度和色度变化，并将其转换为数字信息，
使得可以识别生物传感器的生产批次信息。
在步骤3中，根据步骤2中识别的生产批次信息来激活生物传感
器测量设备的测量和操作过程。
在步骤2中识别了生产批次信息之后，更具体地，测量设备根据 识别的生产批次信息来激活测量和操作过程，并进入样本测量的待机 状态。
最终，步骤4用于将液体样本引入生物传感器的样本入口，以产 生与样本相关的定量电化学信息，对液体样本的指定成分进行量化， 并显示量化结果。
更具体地，将液体样本注入插入测量设备中的生物传感器带(步骤a)产生了工作电极与辅助电极之间以及样本流动性确定电极与辅助 电极之间的预定电位差(步骤b)，流入该带的样本引入部分的样本导 致工作电极与辅助电极之间主要的电学变化，以将电极之间的电压调 整为相同值(步骤c)。样本流动性确定电极感测样本的流动以产生次
要电学变化，并将辅助电极与样本流动性确定电极之间的电压调整为 相同，从而提供关于与工作电极主要感测的电学变化的时间差的信息 (步骤d)。当液体样本与应用至工作电极的试剂充分混合时，再次在 工作电极与辅助电极之间施加电压，以导致在平行类型的薄层电化学
电池中进行循环反应，并读取所达到的静止电流值(步骤e)。使用步 骤d中获得的时间信息和步骤e中获得的静止电流值来分析样本中存在 的底物的量，以确定指定成分(如血糖)的水平，并在窗口中显示结 果。
如上所述，根据本发明的电化学生物传感器测量设备的特征在于， 使至少两个光电二极管以规则的时间间隔顺序地发射光束，以便识别 电化学生物传感器上的生产批次信息识别部分上记录的生产批次信 息。相应地，与传统设备相比，本发明的测量设备具有的经济优点在 于其不需要昂贵的滤光器或复杂的计算系统。此外，该测量设备自动 识别生物传感器上记录的生产批次信息，以便减小在用户人为输入生 物传感器的生产批次信息时出现的不便和错误，从而可以方便精确地 获得测量值。
尽管为了示意已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术 人员可以认识到，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精 神的前提下，可以进行各种修改、添加和替换。
权利要求
1.一种电化学生物传感器测量设备，对电化学生物传感器进行测量，所述电化学生物传感器由多个电极、毛细样本管、反应试剂层、电连接部分和生产批次信息识别部分组成，所述多个电极至少包括在至少一个或两个绝缘板上制备的工作电极和辅助电极；所述毛细样本管用于将样本引入所述电极；所述反应试剂层在所述工作电极上形成，包含氧化还原酶和电子转移介体；所述电连接部分用于连接所述工作电极与所述辅助电极；所述生产批次信息识别部分被配置为使得在至少一个绝缘板上记录生产批次信息，所述至少一个绝缘板从至少两个平面绝缘板中选出并且不中断所述电极之间的连接，其中，所述电化学生物传感器测量设备包括至少两个光发射器，以规则的时间间隔顺序地发射光束；以及检测器，用于感测所发射的光，以识别所述生产批次信息识别部分上记录的生产批次信息。
2. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 多个电极还包括样本流动性确定电极。
3. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 生产批次信息识别部分包括一个或多个色调标记，用于显示与生产批 次之间的差异相关的信息，所述差异归因于颜色、亮度或色度差异。
4. 如权利要求3所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 色调标记的数目的范围从1至10。
5. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 光发射器包括发射红、绿和蓝颜色的三分量光电二极管或发射白、红、 绿和蓝颜色的四分量光电二极管。
6. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 检测器顺序地对所述光发射器发射的光束进行检测而不使用分离的滤 光器。
7. 如权利要求4所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 检测器是光学识别设备。
8. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，以分离或集成的结构来构造所述光发射器和所述检测器。
9. 如权利要求l所述的电化学生物传感器测量设备，其中，所述 光发射器和所述检测器与连接器主体集成在一起，以识别所述生物传 感器中记录的生产批次信息，所述连接器主体具有以下结构在该结 构中提供了顺序地包括光发射单元、生产批次信息识别部分和检测器 在内的一个或多个吸收或反射路径。
10. —种使用根据权利要求1所述的生物传感器测量设备的测量 方法，包括将生物传感器插入所述生物传感器测量设备的连接器端口以激活 其加电，所述生物传感器具有包含生产批次信息的生产批次识别部分 (步骤1);通过允许发光二极管顺序地发射具有不同波长的光束并使用所述 生物传感器中提供的生产批次信息识别部分来检测所述光束，以对插 入的生物传感器的生产批次信息进行识别(步骤2);根据步骤2中识别的生产批次信息来激活所述生物传感器测量设 备的测量和操作过程(步骤3);以及将液体样本引入所述生物传感器的样本入口，以产生与所述样本 相关的定量电化学信息，对所述液体样本的指定成分进行量化，并显 示量化结果(步骤4)。
全文摘要
本发明公开了一种电化学生物传感器测量设备，包括至少两个光电二极管，随着电化学生物传感器的插入，以规则的时间间隔顺序地发射光束；以及检测器，用于感测所发射的光，从而识别所述电化学生物传感器上的生产批次信息识别部分上记录的生产批次信息。因此，该设备具有以下经济优点不需要昂贵的滤光器来对由生物传感器中记录的生产识别信息吸收通过或反射的光进行检测，并且不需要复杂的软件算法来恢复生产批次信息。此外，该测量设备自动识别生物传感器上记录的生产批次信息，以便减小在用户人为输入生物传感器的生产批次信息时出现的不便和错误的频率，从而可以方便精确地获得测量值。
文档编号G01N33/48GK101627304SQ200880007559
公开日2010年1月13日 申请日期2008年2月26日 优先权日2007年3月14日
发明者南学铉, 刚 崔, 车根植, 金文焕, 金槿起 申请人:爱-森斯株式会社