專利名稱：電化學(xué)生物傳感器和生物傳感器測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)生物傳感器(dectrochemical biosensor)和生物傳感器測量裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于糖尿病的診斷和預(yù)防，定期檢測血糖濃度(blood glucose level)的 重要性正逐步得到重視?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)用于手持讀出裝置(hand-hdd reading device)的帶型生物傳感器允許個(gè)人容易地監(jiān)測血糖濃度。大量的商用生物傳感器通過使用電化學(xué)技術(shù)來測量血樣中的血糖。電 化學(xué)原理是基于下面的反應(yīng)l。[反應(yīng)1]葡萄糖+ GOx-FAD—葡萄糖酸+ GOx-FADH2 GOx-FADH2+Mox—GOx-FAD+Mred其中，GOx表示葡糖氧化酶；GOx-FAD和GOx-FADH2分別表示氧化 和還原狀態(tài)的關(guān)聯(lián)葡萄糖的黃素腺嘌呤二核苷酸FAD (glucose-associated flavin adenine dinucleotide)，葡糖氧化酶催化劑所需的輔因子(cofactor); Mox和Mred分別表示氧化和還原狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)移媒劑(electron transfer mediator)。電化學(xué)生物傳感器使用有機(jī)電子轉(zhuǎn)移材料作為電子轉(zhuǎn)移媒劑，如二茂 鐵或它們的衍生物、奎寧或或它們的衍生物、包含過渡金屬(六鹽基釕、 含鋨聚合體、氰鐵酸)鉀等)的有機(jī)或無機(jī)材料、有機(jī)導(dǎo)電鹽、和viologens。用生物傳感器測量血糖的原理如下通過葡糖氧化酶的催化作用，血中的葡萄糖被氧化成葡萄糖酸，同時(shí) 輔因子FAD被還原成FADH2。然后，被還原的輔因子FADH2將電子轉(zhuǎn)移 到媒劑，使得FADH2返回到它的氧化狀態(tài)，即，F(xiàn)AD和媒劑被還原。還 原的媒劑擴(kuò)散到電子的表面。通過施加在工作電極上的陽極電勢來驅(qū)動(dòng)這一系列的反應(yīng)循環(huán)，并測量出與葡萄糖濃度成比例的氧化還原電流。與基于比色法的生物傳感器相比，電化學(xué)生物傳感器(例如，基于電 化學(xué))具有不受氧影響的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)于使用的樣品，即使渾濁不清，也 無需對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。盡管電化學(xué)生物傳感器被通常地用于監(jiān)測和控制血糖量，但是其精度 極大地取決于生物傳感器批量生產(chǎn)時(shí)的偏差。為了消除該偏差，大部分的 商用生物傳感器被設(shè)計(jì)成用戶直接將(在制造廠預(yù)先確定的)校正曲線信 息輸入到能夠讀取生物傳感器的測量裝置中。然而，這種方法會(huì)造成用戶 不方便，并且會(huì)造成用戶輸入錯(cuò)誤，從而得到錯(cuò)誤結(jié)果。為了解決上述問題，(US20060144704A1)提出一種能夠調(diào)節(jié)每個(gè)電 極的電阻的方法，使得每批的制造信息被存儲(chǔ)在傳感器的電極觸點(diǎn)的位置 處；(US6814844 )提出 一 種以條形碼型印刷導(dǎo)體的方法；(WO2007011569A2)提出一種制造到電阻單元(resistor bank)的連接的方 法；(US2005027964A1)提出一種通過改變電阻(該電阻是通過調(diào)節(jié)每個(gè) 電極的長度或厚度來改變的)來讀出信息的方法。所提出的電化學(xué)生物傳 感器的方法都是基于能夠讀出電變化(electrical variation)的技術(shù)。進(jìn)一步 地，(US4714874)提出一種通過讀出標(biāo)示在帶上的導(dǎo)體的電阻系數(shù)來區(qū) 分生產(chǎn)ft匕量信息(production lot information)的方法。然而，這些方法是精確地調(diào)節(jié)電阻的方法，在傳感器批量生產(chǎn)的過程 中，首先必須測量傳感器的統(tǒng)計(jì)特性，并使用調(diào)節(jié)標(biāo)示在傳感器上的電阻 的方法對(duì)被測量的信息再進(jìn)行后處理。然而，通過后處理來精確地調(diào)節(jié)大 數(shù)量標(biāo)示的電阻是很不方便的，難以用于實(shí)際應(yīng)用。(US3907503， US5597532, US6168957)提出一種方法，在該方法 中，使用有色標(biāo)記，使得光譜系統(tǒng)能夠利用比色法區(qū)分顏色；(US5945341)提出一種方法，在該方法中，通過使用分光鏡以可見的紅 外線區(qū)的各種波長讀取多個(gè)彩色標(biāo)記；(EP00075223Bl,WO02088739Al) 出一種能夠讀條形碼的方法。對(duì)于使用光譜系統(tǒng)的比色法傳感器，這些使 用顏色或條形碼的方法是很好的，但是，在被應(yīng)用到使用電化學(xué)測量機(jī)構(gòu) 的系統(tǒng)上，它們存在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的困難。例如，在構(gòu)造用于光譜地識(shí) 別輸入批量生產(chǎn)信息的結(jié)構(gòu)的裝置和電路中，為了電連接，電化學(xué)傳感器帶被插入到測量裝置中的部分的尺寸和結(jié)構(gòu)(即傳感器帶的連接空間)受 到很大的限制。進(jìn)一步，為了區(qū)別顏色，需要散射和識(shí)別各種被傳感器檢 測的光的波長的過程。并且將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程和執(zhí)行的計(jì)算 非常復(fù)雜，因此構(gòu)造這種系統(tǒng)的費(fèi)用大大增加。進(jìn)一步地，除了在傳感器帶上標(biāo)示批量生產(chǎn)信息的方法外，(EP0880407BO還提出一種將信息記錄在包含傳感器的容器或包裹上并 允許用測量裝置讀出該信息的方法。然而，該方法也存在導(dǎo)致用戶出錯(cuò)并 錯(cuò)誤地讀取記錄在容器上的代碼的可能性?；谶@些原因，本發(fā)明的發(fā)明人致力于電化學(xué)生物傳感器的研究，以 便于保持測量裝置構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)效率，同時(shí)電化學(xué)生物傳感器能夠批量生 產(chǎn)，該電化學(xué)生物傳感器使得其生產(chǎn)批量信息能夠容易地和正確地輸入到 測量裝置中，而用戶不會(huì)出錯(cuò)，因此，能夠提供正確的測量數(shù)值。在研究 過程中，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用紅外吸收/反射標(biāo)記將生產(chǎn)批量信息記錄在電化學(xué) 生物傳感器帶上時(shí)、以及當(dāng)生產(chǎn)批量信息記錄在電化學(xué)生物傳感器帶上的 生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被測量裝置識(shí)別時(shí)，在表面被安裝有小型集成的紅 外光反射器檢測裝置的情況下，無需使用昂貴的過濾器；在小型集成的紅 外光反射器檢測裝置中，光發(fā)射單元(光發(fā)射器，即，紅外發(fā)射二極管) 和光接收單元(檢測器，即，光電二極管)在相同方向上設(shè)置，并用于一 個(gè)元件芯片(以下稱為光反射器"photo-reflector")的集成光發(fā)射器和檢 測器的系統(tǒng)，使得發(fā)射器一檢測器系統(tǒng)位于測量裝置的相同印刷電路板(PCB)上，因而具有簡單的結(jié)構(gòu)。所以，不僅能夠減少后處理的復(fù)雜計(jì) 算過程，而且能夠保持測量裝置構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)效率性。結(jié)果，完成了本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電 化學(xué)生物傳感器和一種具有光反射器檢測裝置的生物傳感器測量裝置，當(dāng) 電化學(xué)生物傳感器被插冬測量裝置中而無用戶錯(cuò)誤時(shí)，該生物傳感器測量 裝置自動(dòng)地識(shí)別生物傳感器的生產(chǎn)批量信息，因此能夠方便地、精確地和 經(jīng)濟(jì)地測量血糖。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種配置在至少兩個(gè)絕緣板上的電化學(xué)生物傳感器，包括多個(gè)電極、毛細(xì)樣品單元(capillary sample cell)、反 應(yīng)試劑層、電連接部分；和生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，該生產(chǎn)批量信息識(shí)別 部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息被記錄在至少一個(gè)絕緣板上；其中生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成在其上記錄有生產(chǎn)批量信息，并 具有紅外吸收/發(fā)射標(biāo)記，該標(biāo)記通過印刷有色或無色材料或附接透明膜 來表示生產(chǎn)批量之間的差異信息，該標(biāo)記在紅外線吸收率或反射率方面具 有差異，并與預(yù)定圖案相一致。此外，本發(fā)明提供一種使用電化學(xué)生物傳感器來定量地測定分析的電 化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，該電化學(xué)生物傳感器測量裝置包括多個(gè) 集成的光反射器檢測裝置，該光反射器檢測裝置發(fā)射和接收被反射的紅外 線以便識(shí)別記錄在生物傳感器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分上的紅外吸收/反 射的生產(chǎn)批量信息，前述多個(gè)集成的光反射器檢測裝置位于一個(gè)元件芯片 (component chip)中，該一個(gè)元件芯片安裝在電化學(xué)測量裝置的相同的PCB 上。在本發(fā)明的說明書中，術(shù)語"生物傳感器"與"生物傳感器帶"被用 作具有相同含義。


根據(jù)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他 目的、優(yōu)點(diǎn)。圖l是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的生物傳感器的分解圖，其中用紅外吸收/ 反射標(biāo)記表示的生產(chǎn)批量信息被記錄在生物傳感器的上板上；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的生物傳感器的分解圖，其中用紅外吸收/ 反射標(biāo)記表示的生產(chǎn)批量信息被記錄在生物傳感器的下板上；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的包括光反射器檢測裝置的生物傳感器測 量裝置的立體圖。附圖標(biāo)記簡要說明101:樣品引導(dǎo)通道102:氣孔103:定量空間部分104:工作電極105:輔助電極跳電極連接部分107:流量檢測電極跳生物傳感器確定電極(biosensor confirming electrode)200:中間板300:上板400:下板500:生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分700:傳感器連接器702:左側(cè)的紅外發(fā)射單元703:左側(cè)的紅外接收單元704:印刷電路板705:電連接部分具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種設(shè)置在至少兩個(gè)絕緣板上的電化學(xué)生物傳感器，包括多個(gè)電極、毛細(xì)樣品單元、反應(yīng)試劑層、電連接部分；和生產(chǎn)批量信 息識(shí)別部分，該生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息被記錄在至 少一個(gè)絕緣板上；其中生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息記錄 在其上，并具有紅外吸收/發(fā)射標(biāo)記，該標(biāo)記通過印刷有色或無色材料或 附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差異信息，該標(biāo)記在紅外線吸收率或反 射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一致。本發(fā)明詳細(xì)描述如下。本發(fā)明提供一種電化學(xué)生物傳感器，包括構(gòu)成工作電極和輔助電極 的電極圖案，工作電極和輔助電極分別形成在至少兩個(gè)平面絕緣板上；微 流通道樣品單元部分(fine flow pass sample cell portion),其被構(gòu)造成把液態(tài)樣品引導(dǎo)到電極圖案；反應(yīng)試劑層，其包括位于工作電極上的酶 和電子轉(zhuǎn)移媒劑；電極連接部分，用于連接工作電極和輔助電極；和生產(chǎn) 批量信息識(shí)別部分，其被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息被記錄在至少一個(gè)絕緣板上，該至少一個(gè)絕緣板從所述至少兩個(gè)絕緣板中選出并且不會(huì)防礙電極之間的連接；其中生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息記錄在其上，并具有一個(gè)或多個(gè)紅外吸收/發(fā)射標(biāo)記，該標(biāo)記通過印刷有色或無色 材料或附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差異，該標(biāo)記在紅外線吸收率或 反射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一致。本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器的電極圖案可形成在至少兩個(gè)平面絕緣 板中的一個(gè)或兩個(gè)上。也就是，(1)單個(gè)工作電極和單個(gè)輔助電極(或參考電極)可形成在相同的平面絕緣板上，或者(2)可形成在兩個(gè)彼此相對(duì)布置的平面絕緣板上[計(jì)數(shù)式電極；參考E. k. Bauman et al.，Analytical Chemistry, vol 37， p 1378， 1965; K. B. Oldham in"Microelectrodes: Theory and Applications," Kluwer AcademicPublishers, 1991; J. F. Cassidy et al. ， Analyst, vol 118， p 415]。進(jìn)一步地，本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器的電極圖案可還包括流量檢測電極，該流量檢測電極設(shè)置在工作電極之后并能夠測量下部平面絕緣板上 的整個(gè)血樣的流動(dòng)性。將通過生物傳感器的示例來更詳細(xì)地說明計(jì)數(shù)式電極。 在使用計(jì)數(shù)式電極構(gòu)成本發(fā)明的用于電化學(xué)生物傳感器的電化學(xué)生 物傳感器的情況下，工作電極和輔助電極可被形成具有這樣的結(jié)構(gòu)，即在 該結(jié)構(gòu)中壓力粘結(jié)隔離板(pressure adhesive isolation plate)將電極 隔離開，該壓力粘結(jié)隔離板具有50 250微米的厚度，并對(duì)稱地或非對(duì)稱 地位于相對(duì)的位置處。隔離板具有微流通道樣品單元部分，微流通道樣品單元部分的總?cè)莘e 單元是微升的，使得仿生樣品能夠注射到測量空間中并保留在其中，該測量空間由工作電極和輔助電極形成。樣品單元部分包括樣品引導(dǎo)部分ioo和微流通道。當(dāng)電極形成時(shí)，隔離板中的流量檢測電極以適當(dāng)?shù)木嚯x與工作電極或輔助 電極隔離開。優(yōu)選的是流量檢測電極以血能夠在600毫秒內(nèi)流通過整個(gè)微 流通道的距離被定位，前述血具有40%的總細(xì)胞體積并經(jīng)氟化物處理過， 前述微流通道具有0.5 2毫米的寬度和50 250微米的高度。較佳地，流 量檢測電極以未經(jīng)氟化物處理的血樣能夠在300毫秒內(nèi)流通過的距離被定位，更佳地，以能夠在200毫秒內(nèi)流通過的距離被定位。樣品引導(dǎo)部分能夠使血樣被引導(dǎo)進(jìn)生物傳感器的一端。在這種情況 下，優(yōu)選的是樣品引導(dǎo)部分以"L"形形成，以便快速、準(zhǔn)確和方便地引 導(dǎo)血樣。樣品引導(dǎo)部分具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在樣品引導(dǎo)通道與氣孔交叉的位置處形成有定量空間部分(allowance space portion)。在 本發(fā)明的說明中，術(shù)語"交叉的"是指樣品引導(dǎo)通道與氣孔交叉在一點(diǎn)的 結(jié)構(gòu)，而不是指樣品引導(dǎo)通道與氣孔平行布置的結(jié)構(gòu)。在測量樣品時(shí)，定 量空間部分允許固定量和精確量的樣品被引導(dǎo)進(jìn)通道，并幫助多余量的樣 品經(jīng)氣孔排出。進(jìn)一步地，定量空間部分可用作設(shè)置流量檢測電極的位置。 當(dāng)血樣引導(dǎo)進(jìn)樣品引導(dǎo)部分時(shí)，血樣經(jīng)微流通道移動(dòng)到電極圖案。在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器中，可通過僅僅將反應(yīng)溶液應(yīng)用到工作 電極或應(yīng)用到工作電極和流量檢測電極來形成反應(yīng)試劑層。反應(yīng)試劑層包 括酶，例如葡糖氧化酶或乳酸氧化酶(lactate oxidase);電子轉(zhuǎn)移酶 劑；水溶性聚合物，例如乙酸纖維、聚乙烯醇或聚吡咯(polypyrrol); 脂肪酸，其具有4到20個(gè)碳原子，用作減少紅細(xì)胞壓積效應(yīng)(hematocrit effect)的試劑；禾口親7_R季銨鹽(hydrophilic quaternary ammonium salt)。在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器中，設(shè)計(jì)有用于使生物傳感器與測量裝 置電連接的電極連接部分，以便電極連接部分形成在與工作電極和輔助電 極的連接線所形成的平面屬同一平面的平面上，前述連接線形成在其上設(shè) 置有工作電極的絕緣板上?；陔娀瘜W(xué)反應(yīng)的結(jié)果、通過本發(fā)明的生物傳 感器測量的血糖經(jīng)電極連接部分被提供到測量裝置，因此血糖能夠被轉(zhuǎn)換 成精確的數(shù)字化血糖數(shù)值。本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器包括生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分500，該生產(chǎn) 批量信息識(shí)別部分500用于向用戶提供具有各種濃度等級(jí)的液態(tài)樣品的 校準(zhǔn)曲線信息和生物傳感器生產(chǎn)批量信息，前述各種濃度等級(jí)是在制造生 物傳感器時(shí)用于相應(yīng)的生產(chǎn)批量的。生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分500可包括一個(gè)或多個(gè)紅外吸收/反射標(biāo)記， 該標(biāo)記通過印刷有色或無色材料或附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差 異，前述標(biāo)記在紅外線吸收率或反射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一致。具體地，在透明膜被用于紅外吸收/反射標(biāo)記并被附接的情況下，透 明膜標(biāo)記不易被觀察到，而有色標(biāo)記或條形碼則不同，其能夠明顯地被觀 察到，因此其能夠在不損害已有的生物傳感器帶的外觀的同時(shí)，能夠標(biāo)示 出各種類型的生物傳感器的生產(chǎn)批量信息。在這種情況下，優(yōu)選的是吸收波長范圍為700—1100nm的有色或無色 材料，或透明膜。在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器中，優(yōu)選的是紅外吸收/反射標(biāo)記的數(shù) 量位于1到10的范圍內(nèi)。紅外吸收/反射標(biāo)記可位于上板(圖1)或下板 (圖2)中的任一個(gè)上，只要電極104、 105、 107、 108的連接和電極連 接部分106.在生物傳感器上不干擾。.進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種使用電化學(xué)生物傳感器定量地測定分析的 電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，電化學(xué)生物傳感器測量裝置包括多個(gè) 集成的光反射器檢測裝置，該光反射器檢測裝置發(fā)射和接收被反射的紅外 線以便識(shí)別記錄在生物傳感器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分上的紅外吸收/反 射生產(chǎn)批量信息，前述光反射器檢測裝置位于一個(gè)元件芯片中，前述一個(gè) 元件芯片安裝在電化學(xué)測量裝置的相同的PCB上。在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器測量裝置中，識(shí)別測量裝置中的生產(chǎn)批 量信息識(shí)別部分的工作原理詳細(xì)說明如下。在測量裝置中，如圖3所示，用于發(fā)射和接收紅外線的光發(fā)射單元702 和光接收單元703被布置取向成相同的方向，表面可安裝型(SMT)集成檢 測裝置被附接到具有小面積的印刷電路板(PCB)上。通過使用相應(yīng)的光反 射器檢測裝置發(fā)射的或輻射的紅外線來檢測生物傳感器的生產(chǎn)批量信息 識(shí)別部分。在這種情況下，相應(yīng)的光反射器檢測裝置的光發(fā)射單元702可 同時(shí)或依次順序地發(fā)射紅外線。紅外線被吸收進(jìn)生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分或從生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分 反射，因此紅外線的強(qiáng)度和波長發(fā)生變化。通過光反射器檢測裝置的光接 收單元703 (例如光電二極管)檢測如上地被反射的光束。在這種情況下， 光反射器檢測裝置確定標(biāo)記在生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分上的紅外吸收/反射 標(biāo)記是否存在，使得能夠用光接收單元703檢測光發(fā)射單元702發(fā)射的并 作為生產(chǎn)批量信息檢測的紅外線，而無需使用獨(dú)立的過濾器。相應(yīng)的光接收單元703檢測的紅外線的波長和強(qiáng)度的變化被識(shí)別成數(shù)字信息OS或 ls，并被傳輸?shù)綔y量操作裝置，然后測量操作裝置將該數(shù)字信息與先前輸 入的生產(chǎn)批量信息相比較，以便能夠識(shí)別生物傳感器的生產(chǎn)批量信息。在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器中，光反射器檢測裝置的數(shù)量與紅外吸 收/反射標(biāo)記的數(shù)量相同，因?yàn)楸粰z測的紅外吸收/反射標(biāo)記對(duì)應(yīng)于所使用 的光反射器檢測裝置。標(biāo)記在電化學(xué)生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分不限于計(jì)數(shù)式電化學(xué)生物傳感器，也可使用于平面型電化學(xué)生物傳感器(plane type electrochemical biosensor)禾口差分型化學(xué)生物傳感器(differential type electrochemical biosensor),平面型電化學(xué)生物傳感器被實(shí)現(xiàn)成 工作電極和輔助電極形成在相同的板上并工作，差分型化學(xué)生物傳感器被 實(shí)現(xiàn)成計(jì)數(shù)式電化學(xué)生物傳感器和平面型電化學(xué)生物傳感器差分地處理 信號(hào)。本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，可隨連接器一起可被使用，以 便識(shí)別標(biāo)示在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息，前述連接器具有這樣一種結(jié) 構(gòu)，§卩，在該結(jié)構(gòu)中可獲得光發(fā)射單元/生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分/光接收單 元的一個(gè)或多個(gè)紅外吸收或反射路徑。例如，連接器可由具有透明材料的主體形成，例如透明的丙烯酸和塑料。進(jìn)一步地，連接器在其一側(cè)可設(shè)置有透光窗口，使得經(jīng)光發(fā)射單元/ 生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分/光接收單元吸收或反射的紅外線通過。因此，即 使當(dāng)連接器由模糊不清的材料或即使當(dāng)連接器的主體具有顏色時(shí)，發(fā)射單 元發(fā)射的紅外線通過透光窗口也能容易地到達(dá)生物傳感器的生產(chǎn)批量信 息識(shí)別部分，因此能夠識(shí)別生產(chǎn)批量信息。進(jìn)一步地，為了使經(jīng)光發(fā)射單元/生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分/光接收單元 吸收或反射的紅外線通過連接器，連接器可被構(gòu)造成其一側(cè)具有滑動(dòng)門結(jié) 構(gòu)。更具體地，當(dāng)生物傳感器被插入到連接器中時(shí)，連接器的滑動(dòng)門結(jié)構(gòu) 隨生物傳感器一起沿生物傳感器的插入方向被推動(dòng)，以便獲得紅外線路 徑，使得紅外線能夠到達(dá)生物傳感器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分。在這種情 況下，滑動(dòng)門結(jié)構(gòu)可連接到一個(gè)從動(dòng)地或自動(dòng)地移除生物傳感器的裝置，因此，在使用生物傳感器之后，通過使用該移除裝置，生物傳感器能夠被 容易地分離和從生物傳感器測量裝置移除。用于本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器測量裝置的光反射器檢測裝置可定 位在測量裝置的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。更具體地，光反射器檢測裝置可被設(shè)置成在 連接器700的上端部分或下端部分獲得紅外吸收或反射路徑，并可以一個(gè)單體(single body)的形式設(shè)置在連接器中，前述連接器700為容許生物傳 感器插入其中并與之連接。在本發(fā)明的生物傳感器測量裝置中，通過使用紅外吸收/反射標(biāo)記識(shí) 別電路和用于測量電化學(xué)系統(tǒng)的生物傳感器的裝置的設(shè)計(jì)，來構(gòu)造一個(gè)系 統(tǒng)通常是困難和不經(jīng)濟(jì)的。然而，就是這樣一個(gè)由于不相容在過去被認(rèn)為 不合理的構(gòu)造系統(tǒng)，通過使用最近出現(xiàn)的超小尺寸的光反射器技術(shù)，這種 構(gòu)造系統(tǒng)卻能夠以最低的成本容易地和經(jīng)濟(jì)地用在狹窄的電路空間中。例如，通常，由于光源的波長，必須使用過濾器或單色器(它是一種 棱鏡)讀取有色標(biāo)記，使得空間限制很大，難以構(gòu)造小尺寸的系統(tǒng)。然而， 通過使用超小尺寸的裝置(例如光反射器)，本發(fā)明的生物傳感器的生產(chǎn) 批量信息的識(shí)別使得制造以數(shù)字信號(hào)形成讀取一個(gè)或多個(gè)紅外吸收/反射 標(biāo)記的裝置變得容易和經(jīng)濟(jì)。商用光反射器檢測裝置很小，例如，它的厚 度為小于2腿，尺寸為2x3mm2，這使得它能隨典型的電子器件一起通過使 用表面安裝技術(shù)(SMT)被安裝在電路板的表面上，它的這種構(gòu)造非常簡單 和經(jīng)濟(jì)。具體地，使用表面安裝技術(shù)安裝在連接器的頂表面或底表面用于 電連接生物傳感器的光反射器檢測裝置被構(gòu)造成與生物傳感器的寬度相 一致，因此，它的使用很方便。進(jìn)一步地，光反射器檢測裝置隨連接器一 起被以單體的形式制造，因此，簡化了生物傳感器測量裝置的構(gòu)造。進(jìn)一步地，根據(jù)構(gòu)造方法和器件選擇可識(shí)別2"紅外吸收/反射標(biāo)記。包 括生產(chǎn)批量的校準(zhǔn)曲線的其他的可變細(xì)節(jié)(例如，生物傳感器的生產(chǎn)時(shí)間 點(diǎn)、是否使用了相同制造商的產(chǎn)品、和是否用于裝置的特定模式)可被記 錄。這種電化學(xué)測量的優(yōu)點(diǎn)與最近技術(shù)發(fā)展所帶來的小尺寸光譜裝置技術(shù) 的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，因此，能夠提供經(jīng)濟(jì)的、能夠精確地提供測量數(shù)值的 生物傳感器。與傳統(tǒng)的使用有色標(biāo)記識(shí)別方法的裝置相比，在本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器檢測裝置中，使用檢測紅外線的吸收/反射的光反射器的生產(chǎn)批量 信息識(shí)別裝置具有優(yōu)異性能和各種改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。代表性地，在用于紅外線 區(qū)域的光反射器中，無需顧慮不正常的工作情況，因?yàn)榧词惯B接器部分的 光學(xué)隔離不完全，外部光線所造成的影響也很小。進(jìn)一步地，使用了發(fā)射 具有低能量的紅外線的裝置，因此，與使用可見光識(shí)別有色標(biāo)記的裝置相 比，消耗的能量少。因此，生產(chǎn)批量信息識(shí)別裝置能適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于小尺寸 生物傳感器裝置。進(jìn)一步地，可構(gòu)造出使用單個(gè)集成光反射器檢測裝置和 兩個(gè)電阻的、能識(shí)別2-bit信息的電路，因此，無需獨(dú)立的放大裝置或復(fù) 雜的電路。進(jìn)一步地，紅外傳感器讀取的信息是2-bit信號(hào)，使得無需使 用將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的軟件處理，因此，極大地簡化了程序結(jié)構(gòu)。 與現(xiàn)有的其他有色識(shí)別方法或識(shí)別具有復(fù)雜圖案的條形碼方法相比，使用 具有上述優(yōu)點(diǎn)的紅外光反射器檢測裝置的生物傳感器測量裝置無需顧慮 不正常的工作情況，因此，測量結(jié)果具有高可靠性。
進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種使用生物傳感器測量裝置的測量方法，包 括插入生物傳感器和啟動(dòng)電源的第一步驟，在該生物傳感器上設(shè)置有生 產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，在生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分上記錄有生產(chǎn)批量信息； 通過在測量裝置的多個(gè)光反射檢測裝置同時(shí)地或依次地工作時(shí)檢測設(shè)置 在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，來識(shí)別第一步驟中插入的生物 傳感器的生產(chǎn)批量信息的第二步驟；啟動(dòng)與第二步驟識(shí)別的生產(chǎn)批量信息 一致的生物傳感器測量裝置的測量和操作過程的第三步驟；和注射液態(tài)樣 品、產(chǎn)生樣品的電化學(xué)定量信息、液態(tài)樣品的定量特定組分，和顯示定量 結(jié)果的第四步驟。
下面將按照各步驟詳細(xì)說明使用根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器測量裝置 的生物傳感器測量裝置的測量方法。
首先，第一步驟是插入生物傳感器步驟，在該步驟中，提供其上記錄 有生產(chǎn)批量信息的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，并使電源啟動(dòng)。
通過傳感器插入孔將生物傳感器插入測量裝置中。在這種情況下，生 物傳感器的電極和連接器的電連接部分彼此連接在一起，使得電流通過， 因此，測量裝置啟動(dòng)開始工作。
接下來，第二步驟是識(shí)別第一步驟插入的生物傳感器的生產(chǎn)批量信息的步驟，在測量裝置的多個(gè)光反射檢測裝置同時(shí)地或依次地工作時(shí)，通過 檢測設(shè)置在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分來進(jìn)行。
當(dāng)生物傳感器被插入到連接器中時(shí)，生物傳感器和測量裝置經(jīng)連接器 彼此電連接在一起，因此測量裝置中的光反射器檢測裝置被啟動(dòng)。因此， 被激活啟動(dòng)的光反射器檢測裝置能以數(shù)字信號(hào)形式識(shí)別生物傳感器的生 產(chǎn)批量信息。
生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分500可包括一個(gè)或多個(gè)紅外吸收/反射標(biāo)記，該 標(biāo)記通過印刷有色或無色材料或附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差異 信息，該標(biāo)記在紅外線吸收率或反射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一
致。在這種情況下，優(yōu)選的是紅外吸收/反射標(biāo)記的數(shù)量被調(diào)節(jié)在l到10
的范圍內(nèi)。
識(shí)別生產(chǎn)批量信息的方法說明如下。
例如，如圖3所示，在測量裝置中，用于發(fā)射和接收紅外線的光發(fā)射
單元702和光接收單元703被布置取向成相同的方向，集成的光反射器檢測 裝置被附接到具有小面積的印刷電路板(PCB)704上。紅外線從n個(gè)光反射 器檢測裝置的相應(yīng)的光發(fā)射單元702發(fā)射出，因此，檢測對(duì)應(yīng)的生物傳感 器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分。用光電二極管(該光電二極管是光接收單元 703)將取決并根據(jù)被檢測的紅外線的吸收或反射度的波長的變化識(shí)別成 數(shù)字信息Os或ls，因此，2n個(gè)數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綔y量操作裝置，然后測量操 作裝置將該數(shù)字信息與先前輸入的生產(chǎn)批量信息相比較，以便能夠識(shí)別生 物傳感器的生產(chǎn)批量信息。
接下來，啟動(dòng)與第二步驟識(shí)別的生產(chǎn)批量信息一致的生物傳感器測量
裝置的測量和操作過程的第三步驟。
更具體地，在第二步驟識(shí)別生物傳感器的生產(chǎn)批量信息之后，測量裝 置啟動(dòng)測量和操作過程，使用校準(zhǔn)曲線，使得被識(shí)別的生產(chǎn)批量信息與校 準(zhǔn)曲線信息相適合，并輸入樣品能夠被準(zhǔn)確地測量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
接下來，第四步驟是注射液態(tài)樣品，產(chǎn)生樣品的電化學(xué)定量信息、液 態(tài)樣品的定量特定組分，和顯示定量結(jié)果的步驟。
根具體地，當(dāng)在步驟(a)中液態(tài)樣品被注射到被插入測量裝置的生物傳 感器帶中時(shí)，在步驟(b)工作電極與輔助電極之間和流量檢測電極與輔助電極之間施加預(yù)定的電勢差，流進(jìn)生物傳感器帶的樣品引導(dǎo)部分的樣品會(huì)在
工作電極與輔助電極之間產(chǎn)生初次電變化(primary electrical variation),因 此在步驟(c)中電極之間的電壓相同，通過檢測樣品的流量，流量檢測電極 會(huì)造成二次電變化，輔助電極和流量檢測電極之間的電壓被調(diào)節(jié)成相同， 因此，在步驟(d)中提供了具有工作電極初步檢測的電變化的時(shí)間差異 的信息，當(dāng)應(yīng)用到工作電極的液態(tài)樣品和試劑被有效地混合時(shí)，在步驟(e) 讀取穩(wěn)態(tài)電流值(stationary current value),前述穩(wěn)態(tài)電流值在電壓被再次施 加到工作電極和輔助電極之間后達(dá)到，因此在計(jì)數(shù)式薄層電化學(xué)孔中造成 周期反應(yīng)(cycling reaction),通過使用步驟d中獲取的時(shí)間信息和步驟e中 獲取的穩(wěn)態(tài)龜流值，樣品中的基質(zhì)(substrate)的量被測量，因此特定組分(例 如血糖)被測量，并通過顯示窗口顯示測量結(jié)果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器和生物傳感器測量裝置， 使用簡單和方便的紅外吸收/反射標(biāo)記，生產(chǎn)批量信息被記錄在電化學(xué)生 物傳感器帶上，并使用光反射器檢測裝置以數(shù)字信號(hào)的形式被讀取，因而 能夠識(shí)別大量的信息，前述光反射器檢測裝置使得能夠通過使用表面安裝 技術(shù)將紅外吸收/反射標(biāo)記附接到電路板的表面。進(jìn)一步地，本發(fā)明的電 化學(xué)生物傳感器和生物傳感器測量裝置的結(jié)構(gòu)很簡單，無需使用傳統(tǒng)光發(fā) 射器和檢測器系統(tǒng)所使用的昂貴過濾器、復(fù)雜模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換和操作系統(tǒng)， 因而實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步地，記錄在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信 息被自動(dòng)地識(shí)別，因此減少了當(dāng)用戶自己輸入生物傳感器的生產(chǎn)批量信息 時(shí)的不方便和錯(cuò)誤，這樣，能夠方便地和準(zhǔn)確地獲得測量數(shù)值。
盡管本發(fā)明已用較佳實(shí)施例說明了各種目的，但是，在不偏離本發(fā)明 的所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以對(duì) 所描述的實(shí)施例做出各種其它修改、增加和替換。
權(quán)利要求
1. 一種配置在至少兩個(gè)絕緣板上的電化學(xué)生物傳感器，包括多個(gè)電極、毛細(xì)樣品單元、反應(yīng)試劑層、電連接部分；和生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，該生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息被記錄在至少一個(gè)絕緣板上；其中生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成其上記錄生產(chǎn)批量信息，并具有紅外吸收/發(fā)射標(biāo)記，該標(biāo)記通過印刷有色或無色材料或附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差異信息，該標(biāo)記在紅外線吸收率或反射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一致。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器，其中，所述有色或無色 材料，或透明膜吸收波長范圍為700 1100nm的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器，其中，所述紅外吸收/ 反射標(biāo)記的數(shù)量范圍為1 10。
4. 一種使用如權(quán)利要求1一3中任一項(xiàng)的電化學(xué)生物傳感器來定量地 測定分析的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，該電化學(xué)生物傳感器測量 裝置包括多個(gè)集成的光反射器檢測裝置，所述光反射器檢測裝置發(fā)射和接 收被反射的紅外線以便識(shí)別記錄在生物傳感器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分 上的紅外吸收/反射的生產(chǎn)批量信息，前述多個(gè)集成的光反射器檢測裝置 位于一個(gè)元件芯片中，該一個(gè)元件芯片安裝在電化學(xué)測量裝置的相同的 PCB上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，所述集 成的光反射器檢測裝置的數(shù)量與印刷到和/或附接到生物傳感器上的紅外 吸收/反射標(biāo)記的數(shù)量相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，多個(gè)所述集成的光反射器檢測裝置包括相應(yīng)的光發(fā)射單元，所述光發(fā)射單元同時(shí) 或依次地發(fā)射紅外線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，通過使 用光反射器檢測裝置的相應(yīng)的光接收單元，而不使用獨(dú)立的過濾器，來檢 測用于生產(chǎn)批量信息的被接收的紅外線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，反射器 檢測裝置隨電連接器一起用于識(shí)別記錄在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息， 前述電連接器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中設(shè)置有光發(fā)射單元/生產(chǎn)批 量信息識(shí)別部分/光接收單元的一個(gè)或多個(gè)紅外吸收或反射路徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，光反射 器檢測裝置被設(shè)置成紅外吸收或反射路徑被設(shè)置在連接器的上端部分或 下端部分，前述連接器被構(gòu)造成生物傳感器插入其中并與之電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)生物傳感器測量裝置，其中，光反 射器檢測裝置被集成使得紅外吸收或反射路徑被設(shè)置在連接器中，前述連 接器被構(gòu)造成生物傳感器插入其中并與之電連接。
11. 一種使用生物傳感器測量裝置的測量方法，包括-插入生物傳感器和啟動(dòng)電源的第一步驟，在前述生物傳感器中設(shè)置有其上記錄有生產(chǎn)批量信息的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分；在測量裝置的多個(gè)光反射器檢測裝置同時(shí)地或依次地工作時(shí)，通過檢 測設(shè)置在生物傳感器上的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分，來識(shí)別第一步驟中插入 的生物傳感器的生產(chǎn)批量信息的第二步驟；啟動(dòng)與第二步驟識(shí)別的生產(chǎn)批量信息一致的、生物傳感器測量裝置的 測量和操作過程的第三步驟；和注射液態(tài)樣品，產(chǎn)生樣品的電化學(xué)定量信息、液態(tài)樣品的定量特定組分，和顯示定量結(jié)果的第四步驟。
全文摘要
公開了一種電化學(xué)生物傳感器和一種生物傳感器測量裝置。該電化學(xué)生物傳感器，包括多個(gè)電極、毛細(xì)樣品單元部分、反應(yīng)試劑層、電極連接部分；和生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分。生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分被構(gòu)造成生產(chǎn)批量信息被記錄在其上，并具有一個(gè)或多個(gè)紅外吸收/發(fā)射標(biāo)記，該標(biāo)記通過印刷和/或附接有色或無色材料或附接透明膜來表示生產(chǎn)批量之間的差異信息，該標(biāo)記在紅外線吸收率或反射率方面具有差異，并與預(yù)定圖案相一致。電化學(xué)生物傳感器測量裝置包括多個(gè)集成的光反射器檢測裝置，該光反射器檢測裝置發(fā)射和接收紅外線以便識(shí)別記錄在生物傳感器的生產(chǎn)批量信息識(shí)別部分上的生產(chǎn)批量信息。
文檔編號(hào)G01N27/416GK101275925SQ200710111898
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者俞在炫, 南學(xué)鉉, 剛 崔, 車根植, 金文煥, 金槿起 申請(qǐng)人:愛-森斯株式會(huì)社