CN100370249C - 一种降低电流式生物传感器测量偏差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量测试样品中待测物含量的方法，其步骤包括：(a)组合一电流式生物传感器，该传感器至少含有一电极***与氧化还原电子媒介物，并施加一预置电压于该电极***；(b)将一测试样品置入该传感器，并立即使该预置电压逐步降低至无法驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的值；(c)在足够的反应时间后，再供应一可驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的第二电压于该传感器的电极***；及(d)测量该电极***的电化学反应电流，决定该测试样品中所含该待测物的含量。
Description
技术领域
本发明是关于一降低电流式生物传感器测量偏差的方法，其特征在于将测试样品置入已预置电压至电极***的传感器时，立即以逐步减低该预置电压的方式，在生物传感器反应前期消除主要干扰的背景电流。
背景技术
利用电流式生物传感器测量液态测试样品中特定待测物的方法，经常使用于临床生理异常的监控，例如酵素性电流式血糖和乳酸感测法，以及非酵素性尿酸和血红素感测法。无论是酵素性或非酵素性***，均使用电子媒介物以作为待测物氧化还原反应的电子信号传递媒介。
如图1-1所示，由于测试样品中的待测物进行氧化反应，而使电子媒介物被还原(即该电子信号传递至电子媒介物)的趋势逐渐增加(13)。当经过足够的反应时间后，进一步在电极***上供给固定电压(12)，以进行电子媒介物与电极之间的电子信号转换，亦即电化学氧化还原反应。如此，透过电化学氧化还原反应所产生的Cottrell电流与浓度关系式，即Cottrell电流与待测物浓度的正相关性，通过测量工作电极的电流，即可推知该待测物的浓度(美国专利第Re36268号)。
由于电流式生物传感器的电子媒介物或是其余成分(例如具有氧化或还原当量的酵素稳定剂或界面活性剂)，在未被使用前的贮放时期，会因为环境(如光能、热能或湿气)的影响，而发生氧化或还原反应。此时若将该含有已反应成分的传感器用于测量测试样品中的待测物，其将会成为背景干扰而影响传感器电极***的电流测量值，亦即形成偏差量。因此，使用电流式生物传感器时，必须降低或消除环境影响所造成的干扰，才能准确测量测试样品中待测物的浓度。
目前常见的消除该背景噪声的方法，是在液态测试样品置入已预置电压至电极***的传感器时，导通电极***回路并同时消除背景干扰，以降低偏差量。
图1-2与1-3分别例示两种现有技术的电压操作模式。图1-2是Medisense Inc.制的血糖仪(为电流式生物传感器)的电压操作模式，其是在液态测试样品置入已预置电压至电极***的传感器时(10)，立即以固定电压(11)消除背景干扰，且以不断电方式再测量Cottrell电流与浓度关系。图1-3是Bayer(美国专利第5653863及5620579号)制的血糖仪(为电流式生物传感器)的电压操作模式，其是在液态测试样品置入已预置电压至电极***的传感器时(10)，立即以固定预置电压11消除背景干扰一段时间后断电，在测试样品中待测物经过足够的反应时间后再施加一驱动电压(12)以测量Cottrell电流与浓度关系。
然而，前者所采取的不断电方式，虽有降低背景电流效果，却无法累积待测物反应强度而降低信号强度，同时也增加耗电量；另一方面，后者虽然采取以固定电压消除主要背景干扰后即断电以减少耗电量的方法，却也消除待测物置入测量槽后初期，经氧化还原转换至电子媒介物的信号，亦即反应期前期的信号无法累积。从而，现有技术的操作方法中，Cottrell电流与测试样品中代测物浓度关系的精确度，仍然有待提升。
本发明的主要目的就是提供一种改良的降低电流式生物传感器测量偏差的方法。
发明内容
本发明提供一种降低电流式生物传感器测量偏差的新颖方法，其步骤包括：
(a)组合一电流式生物传感器，该传感器至少含有一电极***与氧化还原电子媒介物，并施加一预置电压于该电极***；
(b)将一测试样品置入该传感器，并立即使该预置电压逐步降低至无法驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的值，其中该逐步减低预置电压的步骤是历时1至15秒；
(c)在足够的反应时间后，再供应一可驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的第二电压在该传感器的电极***；及
(d)测量该电极***的电化学反应电流，决定该测试样品中所含该待测物的含量。
本发明所提供的测量测试样品中待测物含量的方法，其特征在于将测试样品置入已预置电压至电极***的电流式生物传感器以导通电极***回路的同时，立即将该预置电压逐步减低至无法驱动电化学氧化还原反应的值。
本发明方法不仅能在反应前期消除主要干扰的背景电流，且尽可能地保存测试样品中待测物在氧化还原反应前期所反应的电子媒介物，因此反应前期电子信号得以累积。本发明方法不仅可扣除干扰噪声，并尽可能保持高信号值，亦即增加信号/噪声(S/N)比，使Cottrell电流与浓度关系的精确度与准确度都得以提升；此外，由于逐步减低预置电压的供应，当中断该电化学氧化还原反应以等待电子媒介物的信号累积的期间，亦可同时达到减少耗电的效果。
本领域的技术人员皆知，可使用数字或模拟转换控制与电流信号撷取模块，作为控制供给至电流式生物传感器电极***的电压，与撷取电化学氧化还原反应所产生的Cottrell电流之用。因此，本发明方法的逐步减低电压操作步骤可以数字或模拟方式进行，端视于所用的转换控制与电流信号撷取模块型态而定。
附图说明
图1-1、1-2与1-3为三种现有技术的电压操作模式。
图2为本发明所揭示的逐步减低电压操作模式，其中图2-1是以模拟方式逐步减低电压，而图2-2是以数字方式逐步减低电压。
图3显示运用本发明方法所测得的Cottrell电流与血糖浓度关系的分辨率改善。
具体实施方式
附图标记简单说明
10待测物置入已预置电压至电极***测量槽的时刻
11消除背景电流的固定电压
12读取Cottrell电流的固定电压
13因测试样品中待测物氧化反应进行而使电子媒介物被还原的增加趋势
14用以消除背景干扰的模拟方式的递降电压
15用以消除背景干扰的数字方式的递降电压
16待测物置入前的预置电压
图2-1及2-2分别说明本发明方法的两种电压操作模式。图2-1所示是本发明采模拟方式递降电压的实施态样，首先施加一预置电压(16)于电流式生物传感器的电极***，当液态测试样品置入传感器时(10)，立即以模拟方式逐步减低电压(14)，并同时消除背景干扰，等待测试样品中待测物经过足够的反应时间后，再施加一驱动电压(12)以量测Cottrell电流与浓度关系。
图2-2的电压操作模式与图2-1相似，只是在样品置入传感器的电极***后，改以数字方式逐步减低电压(15)。
本发明方法在测试样品置入前施加在感应器电极***的预置电压值与环境影响因子的干扰程度有关，其范围是本领域的技术人员所熟知的，一般介于约0.1伏特至约0.9伏特的范围内，较佳是介于0.3伏特至0.7伏特的范围内。
本发明方法的逐步减低预置电压的步骤是历时约1至15秒，较佳是约4至10秒。测试样品的反应时间以及用于驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的第二电压的大小对本发明并不重要，本领域的技术人员可依实际操作时所使用的测试样品及感应器类型决定，其中该第二电压可高于、等于或低于该预置电压。
本发明方法适用于酵素型以及非酵素型电流式生物传感器。酵素型以及非酵素型电流式生物传感器的结构对本领域的技术人员而言，是显而易知的，本发明方法并不受限于特定型态的电流式生物传感器。一般而言，酵素型电流式生物传感器典型含有一电极***、针对特定待测物的氧化还原酵素、氧化还原电子媒介物、载体与共轭酸碱混合组成的缓冲剂；非酵素型电流式生物传感器典型含有一电极***、氧化还原电子媒介物与载体。其中，载体一般包含水溶性高分子聚合物并选择性含有界面活性剂，氧化还原电子媒介物一般是使用铁***。
实现方式
使用如台湾发明专利公告第416005号所实施而成的葡萄糖生物感测试片，以进一步显示本发明方法的进步功效。
该葡萄糖生物感测试片具有如其图1及图2的结构组件及组合，并具有其实施例1所例示的葡萄糖反应层的修饰后配方。该配方包含葡萄糖氧化酵素、赤血盐、界面活性剂、水溶性高分子与缓冲盐类等。
通过仿真加速老化(测试片保存环境为50℃，历时1与8周)以提高背景干扰；并另以数字转换控制与电流信号撷取模块，作为控制供给至电流式葡萄糖生物传感器电极***的电压，与撷取电化学氧化还原反应所产生的Cottrell电流之用，最后，将所获得的电流读值转换成葡萄糖浓度。
实施例
设定2组供电模式状态，一如现有技术(图1-1)的起始供给电压300mV，在样品加入电极***后即刻断电至0mV的模式；另一如本发明概念(图2-2)的起始供给电压300mV，在样品加入电极***后，即刻逐步降低供电电压，使其在4秒后降低至0mV的模式(电化学氧化还原反应中断)。
以前述两种设定的供电模式，对于加速老化后的同批次葡萄糖生物感测试片，同时含有以低、中、高不同浓度葡萄糖的血液，反应16秒后，施加一驱动电压300mV，并测量与葡萄糖浓度呈正相关的氧化还原电流，其结果如图3所示。
以现有技术的供电模式用于葡萄糖生物感测试片时，由感测读值(历时1周＝1W-0与历时8周＝8W-0)与参考法(YSI电化学血糖生化仪)所绘成的线性方程式截距的增加(由3.95增加至25.75)，可看出加速条件所生成的背景干扰确实明显存在。但以本发明概念的供电模式用于葡萄糖生物感测试片时(历时1周＝1W-N与历时8周＝8W-N)，由线性方程式的截距无明显差异(1.51与-0.08)，可看出背景干扰明显降低。
再者，由于本发明方法是采取逐步降低供电电压至0mV的模式，使电化学氧化还原反应中断，因此在等待电子媒介物信号累积其间，可同时达到减少耗电的效果。综上所述，本发明方法确实为一可有效降低电流式生物传感器的潜在背景干扰偏差值的方法。
以下实施例将对本发明作进一步的说明，唯非用以限制本发明的范围，任何本领域的技术人员可轻易达成的修饰及改变，均涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种测量测试样品中待测物含量的方法，其步骤包括：
(a)组合一电流式生物传感器，该传感器至少含有一电极***与氧化还原电子媒介物，并施加一预置电压于该电极***；
(b)将一测试样品置入该传感器，并立即使该预置电压逐步降低至无法驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的值，其中该逐步减低预置电压的步骤是历时1至15秒；
(c)在足够的反应时间后，再供应一可驱动该电子媒介物进行电化学氧化还原反应的第二电压于该传感器的电极***；及
(d)测量该电极***的电化学反应电流，决定该测试样品中所含该待测物的含量。
2.如权利要求1的方法，其中该逐步减低预置电压的步骤是以数字方式进行。
3.如权利要求1的方法，其中该逐步减低预置电压的步骤是以模拟方式进行。
4.如权利要求1的方法，其中该传感器是一酵素型电流式生物传感器。
5.如权利要求1的方法，其中该传感器是一非酵素型电流式生物传感器。
6.如权利要求1至5中任一项的方法，其中该预置电压是介于0.1伏特至0.9伏特的范围内。
7.如权利要求6的方法，其中该预置电压是介于0.3伏特至0.7伏特的范围内。
8.如权利要求1的方法，其中该逐步减低预置电压的步骤是历时4至10秒。
9.如权利要求1至5中任一项的方法，其中该第二电压可高于、等于或低于该预置电压。
10.如权利要求1至5中任一项的方法，其中氧化还原电子媒介物为铁***。
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