TWI768560B

TWI768560B - 生化試片

Info

Publication number: TWI768560B
Application number: TW109141391A
Authority: TW
Inventors: 楊振宇; 周政郁
Original assignee: 五鼎生物技術股份有限公司
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-06-21
Also published as: CN114544733B; US20220163476A1; CN114544733A; TW202221317A; EP4006534A1

Abstract

本揭露提供一種生化試片，包括絕緣基板、電極單元、第一絕緣隔片、反應層和第二絕緣隔片。電極單元位於絕緣基板上。電極單元包括工作電極和對電極，其中對電極的電流密度大於工作電極的電流密度。第一絕緣隔片位於電極單元上。第一絕緣隔片具有開口，開口至少部分暴露電極單元。反應層位於開口並電性連接電極單元。第二絕緣隔片位於第一絕緣隔片上。

Description

生化試片

本揭露關於一種應用於醫學量測的生化試片，特別是關於提升對電極電中性能力的生化試片。

體外醫學測量在現今醫療工業上扮演極為重要的角色，藉由定性及定量的量測生物之體液的變化，可給予快速診斷疾病與治療之指標資訊。在醫學或生化的檢測上，生化試片的使用已經是一項普遍的技術。

傳統的生化試片至少具有兩個電極，將樣品注入生化試片的反應區後，可藉由這兩個電極來量測樣品的電化學特性。樣品進行電化學反應時會產生電流變化，此電流變化與樣品中能進行氧化還原反應的物質濃度成線性比例關係。因此可藉由測量電極表面的氧化還原反應所產生之電流來分析樣品濃度。

近年來，隨著減少採樣的需求增加，生化試片趨向縮小其電極面積以減少所需的樣品量。然而，電極面積的縮小會導致電化學訊號變差或變弱。因此，生化試片多設置導電介質以提高測量訊號。然而，增加導電介質會提高製造成本並提高溶解乾燥難度。此外，在測量高濃度的樣品時，亦可能因工作電極反應的電子流超過對電極所能反應的總量而產生瓶頸效應，進而限制了生化試片可測量濃度的範圍。

上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。

本揭露提供一種生化試片，包括絕緣基板、電極單元、第一絕緣隔片、反應層和第二絕緣隔片。電極單元位於絕緣基板上。電極單元包括工作電極和對電極，其中對電極的電流密度大於工作電極的電流密度。第一絕緣隔片位於電極單元上。第一絕緣隔片具有第一開口，第一開口至少部分暴露電極單元。反應層位於第一開口並電性連接電極單元。第二絕緣隔片位於第一絕緣隔片上。

在一些實施例中，對電極的電流密度大於或等於工作電極的電流密度的兩倍。

在一些實施例中，對電極的面積小於或等於工作電極的面積。

在一些實施例中，反應層與目標分析物進行主反應，對電極用於進行次反應，其中次反應不干擾主反應，次反應使對電極具有接收或釋放額外電子的能力。

在一些實施例中，對電極包括第一部分和第二部分，第一部份與反應層彼此不重疊。

在一些實施例中，對電極包括第一部分和第二部分，開口至少部分暴露第一部份。

在一些實施例中，生化試片還包括保護層，電性連接電極單元。

在一些實施例中，電極單元還包括第二對電極，其中對電極和第二對電極彼此分離。

在一些實施例中，對電極的標準還原電位大於第二對電極的標準還原電位。

在一些實施例中，對電極的面積和第二對電極的面積的總和小於或等於工作電極的面積

在一些實施例中，對電極為陰極，且對電極的活性材料之標準還原電位符合

>

-E_v，其中

為活性材料的標準還原電位，

為工作電極上濃度反應的標準還原電位，且E_v為測量儀提供測量反應所施加的電位。

在一些實施例中，對電極為陽極，且對電極的活性材料之標準還原電位符合

<

-E_v，其中

為活性材料的標準還原電位，

本揭露的生化試片設有電流密度大於工作電極的電流密度的對電極。因此，可在不增加對電極的面積的情況下，使對電極氧化或還原的電子量等於工作電極還原或氧化的電子量。藉此，可解決前述瓶頸效應，並符合現行減少採樣體積的需求。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

C:導電介質、還原態導電介質

C':氧化態導電介質

E:酵素

M:測量儀

R:目標分析物

R':還原態目標分析物

R":氧化態目標分析物

S:樣品

10:絕緣基板

10C:連結區

20:電極單元

22:工作電極

22X:第一部分

22Y:第二部分

24:對電極、第一對電極

24A:第一部分

24B:第二部分

24C:分支

24X:第一部分

24Y:第二部分

26:第二對電極

26A:第一部分

26B:第二部分

30:第一絕緣隔片

30F:前側

30B:後側

32:開口

34:反應區

40:反應層

50:第二絕緣隔片

52:通氣孔

60:保護層

100:生化試片

200:生化試片

300:生化試片

400:生化試片

500:生化試片

600:生化試片

參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。

圖1是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的分解示意圖。

圖2是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。

圖3A和圖3B是依據本揭露的一些實施例所繪製的電化學反應的示意圖。

圖4是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。

圖5是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。

圖6是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。

圖7是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的分解示意圖。

圖8是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。

圖9A與9B分別繪示在不同濃度下應用本實施例之對電極和比較實施例之對電極的訊號比較圖。

圖10繪示本實施例之對電極和比較實施例之對電極為不同面積時的訊號比較圖。

圖11A與圖11B分別繪示不同材料對於陽極對電極和陰極對電極的訊號比較圖。

以下詳細討論本揭露的實施方案。然而，應該理解的是，實施例提供了許多可以在各種具體環境中實施的可應用的發明概念。所討論的具體實施例僅說明製造和使用實施例的具體方式，並不限制本揭露的範圍。

在各個視圖和說明性實施例中，相同的附圖標記經配置以表示相同的元件。現在將詳細參考附圖中所示的示例性實施例。只要可能，在附圖和說明書中使用相同的附圖標記表示相同或相似的部分。在附圖中，為了清楚和方便，可誇大形狀和厚度。該描述將特別針對形成根據本揭露的裝置的一部分或更直接地與其配合的元件。應該理解，未具體示出或描述的元件可以採用各種形式。貫穿本說明書對“一些實施例”或“實施例”的引用意味著結合該實施例描述的特定特徵，結構或特性包括在至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書在各個地方出現的短語“在一些實施例中”或“在實施例中”不一定指代相同的實施例。此外，特定特徵，結構或特性可以在一個或複數個實施例中以任何合適的方式組合。

在附圖中，相同的附圖標記經配置以在各個視圖中指示相同或相似的元件，並且示出和描述了本發明的說明性實施例。附圖不一定按比例繪製，並且在一些情況下，附圖已被誇大及/或簡化，僅經配置以說明目的。基於以下本發明的說明性實施例，本領域普通技術人員將理解本發明的許多可能的應用和變化。

除非另外定義，否則這裡使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本揭露的實施例所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。應當理解，例如在常用詞典中定義的那些術語應當被解釋為具有與其在相關領域和本揭露的上下文中的含義一致的含義，並且不應該被理解為或者理解為除非在此明確定義，否則過於正式的意義。

另外，下文提供本揭露的多個實施例為例說明本揭露的核心價值，但並非用以限制本揭露的保護範圍。為清楚說明以及方便理解，針對本揭露不同實施例之間相同或類似的功能或元件將不重複敘述或示標示於圖中。並且不同實施例中的不同元件或是技術特徵，在不相互衝突的前提下，進行組合或置換得到新的實施例仍屬於本揭露的保護範圍。

本揭露係關於對電極進行自身氧化還原次反應以提供額外電子的電化學系統，特別是關於應用可進行自身氧化還原的對電極的電化學系統之生化試片。進一步而言，本揭露係關於一種包括活性材料的對電極，其能在電極面積受限或是反應溶液中對電極表面可進行電子轉移之導電介質濃度不足的環境下，藉由自身氧化還原次反應，提供等同於工作電極上之導電介質反應生成的電子量。因此，對電極的電中性平衡能力可以提升，並穩定電化學迴路而避免對電極上發生電流瓶頸效應。在一些實施例中，生化試片還包括保護層以幫助對電極的活性材料的安定性，藉此達到保護生化試片，減緩或避免生化試片與環境發生非預期的變異。

請參考圖1，圖1是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片100的分解示意圖。生化試片100可為電化學試片，是一種可供電性連結的裝置。生化試片100用於收集樣品並對其進行電化學反應以檢測其中的目標分析物。樣品包括可利用電化學方法進行檢測其中之目標分析物的任何液態或可溶固體。舉例來說，樣品可包括血液、組織液、尿液、汗液、淚液等生物採集物，但本揭露不以此為限。此外，血液可包括全血、血漿或血清等，但本揭露不以此為限。

請參考圖1，生化試片100包括絕緣基板10、電極單元20、第一絕緣隔片30、反應層40和第二絕緣隔片50。絕緣基板10包括具有電絕緣性之基材。在一些實施例，絕緣基板10的材料可包括聚氯乙烯(PVC)、玻璃纖維(FR-4)、聚醚碸(polyethersulfone，PES)、電木板(bakelite)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚醯亞胺(PI)、玻璃板、陶瓷或上述材料之任意組合，但本揭露不以此為限。絕緣基板10的材料可依系統或實際需求而調整。

生化試片100的電極單元20位於絕緣基板10上。電極單元20設置於絕緣基板10上以進行電化學測量。電化學測量包括利用電勢測定法、電導測定法、伏安法、極譜法、高頻滴定法、安培法、庫侖法或電解法等電反應分析樣品之濃度。電極單元20包括工作電極(working electrode)22和對電極(counter electrode)24，但本揭露不以此為限。電極單元20可依系統需求配置其他電極。工作電極22係目標分析物在其表面進行電氧化反應或電還原反應並可供測量儀作為濃度判讀的電極。詳細來說，電氧化反應或電還原反應係目標分析物在工作電極22表面所進行的電能和化學能之間的相互轉換的電化學反應。

工作電極22的極性可為陽極或陰極，視測量反應需求的不同而異。舉例來說，若目標分析物於工作電極22上發生氧化反應，則工作電極22為陽極；若目標分析物於工作電極22上發生還原反應，則工作電極22為陰極。對電極24係指對應工作電極22進行電還原反應或電氧化反應，以使整體電化學系統符合電荷平衡原理的電極。對電極24的電位與極性與工作電極22的電位與極性相反。工作電極22和對電極24之間在未與樣品接觸前彼此絕緣。當工作電極22和對電極24與樣品接觸後能與測量儀間形成一電性迴路。在一些實施例中，工作電極22和對電極24可包括碳電極、銀電極、鉑電極等，但本揭露不以此為限。工作電極22和對電極24的材料可依系統需求而變化。

第一絕緣隔片30設置於絕緣基板10上並位於電極單元20上。第一絕緣隔片30可具有開口32，開口32至少部分暴露電極單元20。在一些實施例中，開口32位於第一絕緣隔片30的前側30F，並暴露出電極單元20的一部分。開口32用於定義生化試片100的反應區34，反應區34用於容納樣品。電極單元20暴露於開口32的部分可與樣品進行電化學反應。開口32可根據測量所需電極單元20的面積和樣品的量來調整其尺寸或形狀。在一些實施例中，第一絕緣隔片30的後側30B暴露出部分電極單元20以形成連結區10C。暴露於連接區10C的電極單元20可與測量儀電性相接。測量儀與生化試片100電性連接以提供電化學測量所需要能量並分析反應訊號。在一些實施例中，第一絕緣隔片30的材料包括PVC絕緣膠帶、PET絕緣膠帶、熱乾燥型絕緣漆或紫外光固化型絕緣漆，但本揭露不以此為限。

圖2是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片100的局部俯視示意圖。請參考圖2並同時參考圖1，生化試片100還包括反應層 40。反應層40位於第一絕緣隔片30的開口32中。反應層40位於反應區34中。反應層40用於與樣品產生化學反應。反應層40電性連接電極單元20。在一些實施例中，反應層40電性連接電極單元20的工作電極22。在一些實施例中，反應層40的面積小於開口32的尺寸。反應層40至少部分覆蓋開口32所暴露的電極單元20。在本實施例中，反應層40僅覆蓋工作電極22，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，反應層40至少部分與電極單元20的工作電極22接觸。在一些實施例中，反應層40至少部分與電極單元20的工作電極22和對電極24接觸。

在一些實施例中，反應層40包括酵素和導電介質。舉例來說，酵素包括經固定化或未固定化之酵素，如氧化還原酵素、抗原、抗體、微生物細胞、動植物細胞、動植物組織具有生物性辨識能力的成分。導電介質用於接收酵素與血液樣品反應後所產生之電子，並將該電子經由電極單元20傳導到測量儀。在一些實施例中，導電介質可包括赤血鹽(potassium hexacyanoferrate(III))、黃血鹽(potassium hexacyanoferrate(II)trihydrate)、釕錯合物(ruthenium complex)、二茂鐵(ferrocene)、二硫亞磺酸鈉(sodium dithionite)、菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)、菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+)、硫胺素焦磷酸(thiamin pyrophosphate，TPP)、輔酶A(coenzyme A，HSCoA)、黃素腺二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，FAD)或其組合，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，反應層40還可添加磷酸鹽緩衝液及保護劑，例如：蛋白、糊精、葡萄聚糖、胺基酸等，但本揭露不以此為限。

請再次參考圖1，第二絕緣隔片50位於第一絕緣隔片30上。在一些實施例中，第二絕緣隔片50至少部分覆蓋第一絕緣隔片30的開口32，以使開口32形成毛細管結構。在一些實施例中，第二絕緣隔片50於對應於開口32的末端設置有通氣孔52。通氣孔52可具有任意形狀，舉例來說，通氣孔52可為圓形、橢圓形、長方形、菱形等。第二絕緣隔片50可具有任意形狀或尺寸。在一些實施例中，第二絕緣隔片50亦暴露連結區10C上的電極單元20。

請參考圖2並同時參考圖1，第一絕緣隔片30的開口32至少部分暴露電極單元20。開口32至少部分暴露工作電極22及對電極24。在本實施例中，反應區34中至少設置有工作電極22及對電極24，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，反應區34中可另外設置具有其他功能的電極。此外，本揭露不限制電極之構型，工作電極22及對電極24可具有任意形狀。在一些實施例中，工作電極22及對電極24可分別具有不同形狀。在一些實施例中，工作電極22之材料和對電極24之材料彼此不同或彼此相同。

在本實施例中，工作電極22和對電極24在未與樣品接觸前彼此絕緣。當樣品與工作電極22和對電極24接觸後，工作電極22和對電極24能與測量儀間形成一電性迴路。圖3A和圖3B是依據本揭露的一些實施例所繪製的電化學反應的示意圖。為簡化說明，圖3A和圖3B僅繪示部分的生化試片100。詳細來說，圖3A和圖3B僅繪示部份在反應區34內的工作電極22和對電極24。如圖3A和圖3B所示，暴露於反應區34中的工作電極22和對電極24與樣品S接觸，並與測量儀M間形成一電性迴路。圖3A和圖3B另繪示部份在反應區34內的酵素E和導電介質C，其中酵素E和導電介質C為反應層40(繪示於圖2)的一部分。在一些實施例中，導電介質C可為鐵離子，但本揭露不以此為限。

請參考圖3A，樣品S包括目標分析物R，其中目標分析物R包括電化學活性物質或電化學反應性物質。當樣品S注入生化試片100的反應區34後，樣品S中的目標分析物R被反應層40的酵素E還原，形成還原態目標分析物R'，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，樣品S中的目標分析物R可被反應層40的酵素E氧化，形成氧化態目標分析物R"。

反應層40的導電介質C用於接收或提供酵素E與樣品S的目標分析物R反應後所產生或失去之電子，並將該電子經由電極單元20的對電極24傳導到測量儀M。為簡化說明，本實施例的導電介質C以二價鐵離子(Fe²⁺)為例說明，但本揭露不以此為限。當樣品S中的目標分析物R被還原時，反應層40的導電介質C會被氧化。在本實施例中，二價鐵離子(Fe²⁺)被氧化為三價鐵離子(Fe³⁺)。此外，對應於目標分析物R被還原的數量，反應層40的導電介質C會被氧化相應的數量。

當反應層40的導電介質C(例如：Fe²⁺)釋放電子成為氧化態導電介質C'(例如：Fe³⁺)時，工作電極22亦會進行反應將氧化態導電介質C'(例如：Fe³⁺)還原成還原態導電介質C(例如：Fe²⁺)。測量儀M會偵測工作電極22反應所產生的電子數(e^-)變化，並進行濃度分析。當工作電極22進行還原反應時，對電極24必須同時氧化相對應數量的還原態導電介質C(例如：Fe²⁺)，以使整體反應達到電中性平衡。

一般而言，當對電極24氧化能力不足而未能與工作電極22匹配時，例如：對電極24氧化導電介質C的量小於工作電極22還原導電介質C的量時，工作電極22產生的還原電流大小則基於電中性平衡被限制，因而產生瓶頸效應。因工作電極22反應的電子流超過對電極24所能反應的電子流產生的瓶頸效應會限制了生化試片100可測量濃度的範圍。

在現有技術中，前述瓶頸效應的發生多和工作電極22和對電極24的面積大小有關。樣品S內的目標分析物R進行電化學氧化或還原反應時會產生一定的電流變化，且該電流變化與樣品S中目標分析物R的濃度成線性比例關係。因此可藉由測量工作電極22表面的氧化或還原反應電流，即可分析樣品S中目標分析物R的濃度值，其電流與濃度關係可表示為

。其中，i為測得電流，單位為A；n為氧化還原反應所生電子數；F為法拉第常數96500C/mol；A為工作電極表面積，單位為cm²；C₀為樣品的初始濃度，單位為mol/cm³；D為擴散係數，單位為cm²/s；t為時間，單位為s。由上述可知，電化學反應之電流訊號大小與電極表面積係成正比關係。

在現有技術中，為了節省製造工序，工作電極22和對電極24多採用相同材質。另外，為了避免電極材質本身的氧化還原造成額外的背景訊號干擾以及電極的壽命考量，工作電極22和對電極24的材質多採用惰性的碳。在其他實施例中，工作電極22和對電極24的材質包括金、鈀等。在其他現有技術的實施例中，工作電極22的材料多選擇相較於對電極24的材料而言，與樣品S的目標分析物R具有較高反應性的材料。工作電極22的材料多選擇相較於對電極24的材料具有較佳的電化學活性或電化學反應性。舉例來說，工作電極22的材料多以與目標分析物R具有較佳反應性的銀電極或氧化銀電極為主，而對電極24的材料多以與目標分析物R具有較差反應性的碳電極或鉑電極為主。

請參考圖3B，在本揭露中，工作電極22和對電極24的材料經選擇以使對電極24的電流密度大於工作電極22的電流密度。在一些實施例中，對電極24的材料相較於工作電極22的材料具有較佳的電化學反應性。詳細來說，對電極24的材料經選擇以和環境物質具有較佳的電化學反應性。前述環境物質係指非樣品S的目標分析物R的物質。在一些實施例中，對電極24的材料相較於工作電極22的材料具有較佳的電化學活性。對電極24的材料經選擇以和環境物質具有較佳的電化學活性。在一些實施例中，對電極24的面積可小於或等於工作電極22的面積。在一些實施例中，對電極24的電流密度大於或等於工作電極22的電流密度的兩倍。

在本實施例中，對電極24可包括具導電能力的活性材料。在一些實施例中，活性材料可摻雜在對電極24內。在一些實施例中，活性材料可形成在對電極24的表面。在一些實施例中，對電極24由活性材料所構成。活性材料意旨在生化試片100進行電化學反應時，對電極24的活性材料可在不干擾主反應的情況下，進行自身氧化或還原反應。前述主反應是指由目標分析物R與反應層40引起的氧化或還原反應，前述次反應是指並非由目標分析物R與反應層40引起的氧化或還原反應。詳細來說，對電極24上發生的次反應只要不影響工作電極22的主反應，其反應物來源不受限制，因此次反應所需物質可來自樣品S亦可來自環境。對電極24的活性材料是指工作電壓範圍內，即可發生氧化還原的物質。工作電壓是指測量儀M提供的使工作電極22和對電極24進行電化學反應的電壓。在一些實施例中，工作電壓為±10伏特(V)。在其他實施例中，工作電壓為±5V。在一些實施中，工作電壓為±2V。在一些實施中，工作電壓為±1V。

請參考圖3B，因本實施例的對電極24具有導電能力的活性材料，且其可在不干擾主反應的情況下，進行次反應。前述次反應使對電極24具有可以接收或釋放額外電子的能力。前述額外電子意旨非反應層40的酵素E或導電介質C而產生的電子。換句話說，對電極24除與樣品S的目標分析物R進行電化學反應外，可由活性材料進行次反應而得到電子且不會破壞測量儀M的電中性平衡。

如圖3B所示，當樣品S填入反應區34且測量儀M提供工作電壓後，樣品S的目標分析物R與反應層40的酵素E進行反應時，會促使工作電極22上對應數量的氧化態導電介質C'還原為還原態導電介質C。另一方面，對電極24需要將對應的工作電極22還原電子數的還原態導電介質C氧化為氧化態導電介質C'以維持整體系統的電中性平衡。因本揭露的對電極24具有可進行次反應的活性材料，因此當對電極24氧化還原態導電介質C並接收電子時，其自身亦同時另外進行氧化反應而產生額外的電子。在本實施例中，工作電極22和對電極24的材料經選擇以使對電極24的電流密度大於工作電極22的電流密度。對電極24的活性材料可在不干擾主反應的情況下，進行自身氧化或還原反應。

請再次參考圖1和圖2，工作電極22係分析電氧化或電還原電流的電極。因此，工作電極22由不會在電極表面上產生干擾之非活性材料所組成。值得說明的是，本揭露所指之非活性材料係指該材質不會在生化試片100的測量環境下產生氧化或還原反應。換句話說，本揭露所指之非活性材料在其他特定環境中可能具有氧化還原能力，但在本揭露的測量過程中非活性材料不會進行氧化還原反應。工作電極22的非活性材料可包括導電材料。舉例來說，工作電極22的非活性材料可包括鈀、鉑、金、碳或其組合，但本揭露不以此為限。工作電極22的非活性材料可依系統需求而調整。

另一方面，對電極24的活性材料係指該材質在生化試片100的測量環境下會進行氧化或還原反應。對電極24的活性材料的氧化還原變化與生化試片100的測量環境有直接或間接之因果關係。在本揭露中，對電極24的材料之特性必須與工作電極22匹配。舉例來說，工作電極22係進行電還原反應，則對電極24的活性材料須為具自身氧化能力之材料。在其他實施例中，工作電極22表面係進行電氧化反應，則對電極24須為具自身還原能力之材料。

值得說明的是，為確保對電極24的活性材料在電化學測量時得以發揮預設功能，應避免其在測量前過度反應，本揭露之對電極24的活性材料在測量前不與反應層40接觸以避免兩者在測量前發生反應。然而，在生化試片100進行電化學測量時，反應層40亦需與對電極24進行反應，故工作電極22與對電極24的間距越小越好。在一些實施例中，對電極24的活性材料上可覆蓋保護膜，其中保護膜可於樣品S進入後溶化。

在一些實施例中，對電極24的活性材料可包括包括但不限於銀(Ag)、錫(Sn)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、銅(Cu)、二氧化錳(MnO₂)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、三氧化二鐵(Fe₂O₃)、氧化亞鐵(FeO)、氯化銀(AgCl)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、氧化亞鈷(CoO)、三氧化二鎳(Ni₂O₃)、氧化亞鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu₂O)、苯醌(Benzoquinone)、二茂鐵(Ferrocene)、二茂鐵鹽(Ferrocenium)、尖晶石結構混價金屬氧化物(如Fe₃O4、Co₃O₄等)、亞鐵氰化鐵、普魯士藍(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)、鐵氰酸金屬鹽類([Fe(CN)₆]^3-)、亞鐵氰酸金屬鹽類([Fe(CN)₆]^4-)、金屬錯合物或其組合物，但本揭露不以此為限。

請再次參考圖3B，為簡化說明，對電極24的活性材料以銀(Ag)為例，但本揭露不以此為限。詳細來說，因對電極24的銀(Ag)與樣品S直接接觸，除測量儀M所施加的工作電壓外，反應區34中亦含有水(H₂O)或氫氧根離子(OH^-)等可供銀(Ag)發生氧化的條件。因此，在適當的環境下，對電極24的銀可以與來自樣品S中或環境中的氫氧離子(OH^-)、水(H₂O)或水氣會產生氧化反應，其反應式可表示為2Ag+2OH^-→Ag₂O+H₂O+2e^-或2Ag+H₂O→Ag₂O+2H⁺+2e^-。銀(Ag)與樣品S或環境中的氫氧離子(OH^-)或水進行氧化還原反應後會產生氧化銀(Ag₂O)、水(H₂O)及電子。因此，對整體反應而言，對電極24除了會氧化還原態導電介質C(例如：Fe²⁺)外，亦會自身氧化形成氧化態電極(氧化銀)並釋放電子(e^-)。因此，對電極24的活性材料所產生的電子在遵守電荷守恆原則下有助於提升對電極24平衡整體電中性能力。

因此，當工作電極22進行大量的電還原工作時，對電極24可相應的進行電氧化工作，以滿足整體系統的電中性平衡。值得說明的是，雖然對電極24的活性材料(例如：銀)在氧化過程中會消耗水(H₂O)或氫氧根離子(OH^-)以及生成氫離子(H⁺)或水(H₂O)而部分改變反應區34的酸鹼值(pH)，但其所引起的酸鹼值(pH)改變對整體系統而言微乎其微，因此對主反應不影響和檢測結果不影響，可忽略其變化。

為確保對電極24的活性材料具備上述功能，活性材料與對電極24之反應極性必須相同。換句話說，雖其活性材料與對電極24的氧化數變化未必等量，然對電極24為陽極時，活性材料則必須具氧化能力；對電極24為陰極時，活性材料則必須具備還原能力。因此活性材料的選擇需搭配對電極24的反應極性，並能在遵守電荷守恆原則下提升對電極24 電中性平衡能力。因此，對電極24為陽極時，對電極24的活性材料之標準還原電位必須符合

<

-E_v；對電極24為陰極時，對電極24的活性材料之標準還原電位必須符合

>

-E_v。其中，

為活性材料的標準還原電位，

為工作電極22上濃度反應的標準還原電位；E_v為測量儀M提供測量反應所施加的電位。

在一些實施例中，導電介質C為亞鐵氰酸鹽(

)，測量儀M施加工作電壓(E_v)為+0.4V，工作電極22進行氧化反應，因此導電介質C在工作電極22表面的反應為

，其

0.36V。故本實施例對電極24進行還原反應所需之活性材料之標準還原電位(

)必須>-0.04V，因此可選用標準還原電位(

)大於-0.04V的材料作為對電極24的材料，例如：Fe₃O₄(E⁰=+0.085V)、AgCl(E⁰=+0.2223V)、Ferrocenium(E⁰=+0.4V)或Benzoquinone(E⁰=+0.6992V)等，但本揭露不以此為限。

在一些實施例中，導電介質C為鐵氰酸鹽(

)，測量儀M施加工作電壓(E_v)為-0.4V，工作電極22進行還原反應，因此導電介質C在工作電極22表面的反應為

，其

0.36V。故本實施例對電極24進行氧化反應所需之活性材料之標準還原電位(

)必須<0.76V，因此可選用標準還原電位(

)小於0.76V的材料作為對電極24的材料，例如Ferrocene(E⁰=+0.4V)、Cu(E⁰=+0.34V)、Fe(E⁰=+0.085V)、Sn(E⁰=0.1V)等，但本揭露不以此為限。

前述僅為對電極24的活性材料的實例，本揭露不以上述為限。此外，對電極24的活性材料的標準還原電位不以上述為限。如同前述，對電極24的活性材料需考慮其極性，活性材料的極性須與對電極24 上之量測反應的極性相同。另外，對電極24的活性材料的標準還原電位須滿足

<

-E_v或

>

-E_v的條件。在一些實施例中，E_v可為±5V~±2mV。在一些實施例中，E_v可為±2V~±80mV。在一些實施例中，E_v可為±0.8V~±0.1V。

本揭示不限於前述實施例，且可具有其他不同的實施例。為簡化說明以及方便本揭示實施例之各者間之比較，在下列實施例之各者中的完全相同組件係以完全相同編號標出。為了使得更容易地比較實施例之間的差異，下列說明將詳述不同實施例間的不相似處且完全相同特徵將不贅述。

圖4是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。如圖4所示，生化試片200與生化試片100的差別在於對電極24包括第一部分24A和第二部分24B。在一些實施例中，對電極24可以包括非活性材料及活性材料。舉例來說，在本實施例中，對電極24的第一部分24A包括活性材料，而第二部分24B包括非活性材料。因此，第一部分24A具有接收或釋放額外電子的能力。

在一些實施例中，可以在絕緣基板10上先設置活性材料，然後在預定位置上覆蓋非活性材料以形成本實施例對電極24的第一部分24A和第二部分24B。在一些實施例中，可以在絕緣基板10上先設置非活性材料，再於開口32的預定位置上設置活性材料以形成本實施例對電極24的第一部分24A和第二部分24B。藉此，在開口32中暴露對電極24的第一部分24A(活性材料)。

對電極24的第一部分24A和第二部分24B的設置方法可包括網印(screen printing)、壓印(imprinting)、熱轉印法(thermal transfer printing)、旋轉塗佈法(spin coating)、噴墨印刷(ink-jet printing)、雷射剝鍍(laser ablation)、沈積(deposition)、電鍍(electrodeposition)等技術設置，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，可在非活性材料表面，經由電漿處理(plasma)或是其他化學鍵結改質的方法，在對電極24的表面聚合(polymerization)具氧化還原能力之單體形成高分子如聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)、聚乙烯基二茂鐵(polyvinylferrocene)等，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，可於對電極24的非活性材料表面接枝(graft)高分子鏈，並鍵結如二茂鐵甲酸(ferrocenecarboxylic acid)等具有可氧化還原之導電介質，以形成對電極24。

圖5是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。如圖5所示，生化試片300與生化試片200的差別在於生化試片100還包括保護層60。舉例來說，暴露於環境中的對電極24有可能會被空氣內的水氣或氧氣等氧化而發生變異。生化試片300透過額外設置保護層60以保護對電極24的活性材料的安定性。保護層60可用於保護生化試片300中的對電極24，以減緩對電極24的第一部分24A在環境中發生非預期的變異，而無法接收或釋放額外電子，或減少接收或釋放額外電子。

保護層60係設於電極單元20的特定區域。在一些實施例中，保護層60透過電極單元20與對電極24的第一部分24A電性連接。舉例來說，在本實施例中，保護層60透過對電極24的分支24C與對電極24的第一部分24A和第二部分24B電性連接。在一些實施例中，對電極24可不具有分支24C，而保護層60可直接設於對電極24的第二部分24B上以與對電極24的第一部分24A電性連接。在一些實施例中，保護層60與對電極24的第一部分24A位於相同水平面。在一些實施例中，保護層60與對電極24的第一部分24A位於不同水平面。舉例來說，保護層60可設於對電極24的上方或下方。在一些實施例中，保護層60可被對電極24的第二部分24B環繞。

在一些實施例中，第一絕緣隔片30可具有第一開口(圖未示)，第二絕緣隔片50可具有第二開口(圖未示)，第一開口和第二開口至少部分暴露保護層60。保護層60和對電極24可暴露於相同的環境中，但本揭露不以此為限。舉例來說，保護層60可設於設於絕緣基板10與第一絕緣隔片30之間，並透過第一開口和第二開口與對電極24的第一部分24A暴露於相同的環境中。在其他實施例中，保護層60可和對電極24暴露於不同環境中。舉例來說，保護層60可設於絕緣基板10與第一絕緣隔片30之間，而第一絕緣隔片30和第二絕緣隔片50不具有第一開口和第二開口。保護層60的位置不以上述為限，在一些實施例中，保護層60可設置於第二絕緣隔片50之上，並透過導線與電極單元20電性連接。在其他實施例中，保護層60可設置於第一絕緣隔片30和第二絕緣隔片50之間，並透過導線與電極單元20電性連接。

保護層60的型態上可包括固體、液體、氣體。舉例來說，固體可包括純金屬、合金、金屬化合物(鹵化物、氧化物、混和價態化合物、有機金屬配合物)、有機氧化還原劑等。液體可包括水溶液、有機溶液、超臨界流體、液態元素(例如：溴、汞)等。氣體可包括氣態元素(例如：氧氣、臭氧)、氣態化合物(例如：氨氣、一氧化氮)等。

保護層60與對電極24(或對電極24的第一部分24A)具有不同的材料或組成。保護層60與對電極24之間可具有電位差(

)。在一些實施例中，保護層60與對電極24的第一部分24A之間具有電位差(

)。電位差(

)的公式為

，其中E_cathode為陰極(Cathode electrode)的標準還原電位，E_anode為陽極(Anode electrode)的標準還原電位。保護層60與對電極24(或對電極24的第一部分24A)可具有不同的標準還原電位。

在本揭露中，保護層60與對電極24之間的電位差(

)大於0。根據吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)關係式，亦即，

，其中△G⁰為自由能變化，n為電子的莫耳數，F為每莫耳的電荷。當吉布斯自由能△G⁰<0時，該反應屬自發反應。由上述可知，當兩個具有電位差(

)的可氧化還原物質在同一反應槽時，標準還原電位較高一方會傾向於發生還原反應，反之則傾向於發生氧化反應。舉例來說，當陽極的標準還原電位小於陰極的標準還原電位時，陽極會自發性的將電子傳遞給陰極，陰極因持續得到電子而維持還原狀態，故可避免受環境氧化劑(例如：氧氣、水氣等)的影響。

保護層60與對電極24處於同一反應槽。在一些實施例中，保護層60與對電極24同時與空氣接觸，但本揭露不以此為限。保護層60與對電極24電性連接，亦可視為處於同一反應槽。因保護層60與對電極24之間具有電位差(

)，且電位差(

)大於0，因此會產生自發性特定方向的電子流動，進而使保護對象(對電極24或對電極24的第一部分24A)能夠維持原始的氧化還原狀態。藉此達到保護生化試片300，減緩生化試片300與環境發生非預期的變異。

在一些實施例中，保護層60的面積大於對電極24(或對電極24的第一部分24A)的面積。在一些實施例中，保護層60的面積實質上等於對電極24(或對電極24的第一部分24A)的面積。保護層60和對電極24(或對電極24的第一部分24A)的面積和厚度可依系統需求而調整。依據保護層60與對電極24(或對電極24的第一部分24A)的材料，保護層60與對電極24(或對電極24的第一部分24A)可分別為陽極及陰極，保護層60與對電極24(或對電極24的第一部分24A)亦可分別為陰極及陽極。

為簡化說明，對電極24的第一部分24A的材料以銀(silver，Ag)為例，但本揭露不以此為限。在本實施例中，對電極24的第一部分24A包括銀。然而，銀在空氣中容易與氧氣及水氣進行反應而氧化成氧化銀，其氧化化學式可表示為4Ag+O₂→2Ag₂O，其中銀/氧化銀的標準還原電位為1.17V。當銀因接觸氧氣而被氧化成氧化銀後，將導致對電極24的第一部分24A表面毒化，因此第一部分24A的接收或釋放額外電子的能力將會降低，而無法有效改善工作電極22和對電極24之間的瓶頸效應。

如圖5所示，生化試片300設置有保護層60，且保護層60與對電極24電性連接。在一些實施例中，保護層60用於保護對電極24的第一部分24A。在一些實施例中，保護層60可包括氧化亞錫(stannous oxide，SnO)。由於氧化亞錫在空氣中容易與水氣進行氧化反應，其反應式可表示為SnO+H₂O→SnO₂+2H⁺+2e^-。氧化銀/銀的標準還原電位為1.17V，而氧化亞錫/氧化錫之標準還原電位為-0.09V。因此，在本實施例中，對電極24的第一部分24A為陰極，保護層40則為陽極。當生化試片300暴露在具有水氣的環境中時，其電位差(

)為1.08V。因兩者之間的電位差(

)大於0，自由能變化小於0，因此將會自發進行以下反應Ag₂O+SnO→2Ag+SnO₂。其中，在對電極24的第一部分24A上所發生的半反應為Ag₂O+2H⁺+2e^-→2Ag+H₂O。

因此，對電極24的第一部分24A中的氧化銀因保護層60的氧化亞錫的氧化反應而被還原為銀。當保護層60的氧化反應發生時，對電極24的第一部分24A會進行還原反應，進而減緩空氣中的氧氣和水氣所發生的氧化反應。另外，藉由空氣中的水氣對氧化亞錫的氧化反應，進而保護對電極24的第一部分24A，使對電極24的第一部分24A可保持良好的安定性。因此，藉由設置保護層60於生化試片300中，可有效地避免對電極24的第一部分24A在進行量測樣品前就發生變質。對電極24的第一部分24A及保護層60的組成材料並不以上述為限。在一些實施例中，對電極24的第一部分24A及保護層60的組成材料經選擇以使兩者之間的電位差(

)大於0。

本實施例提供一種設有保護層60的生化試片300，其中保護層60可以維持對電極24中活性材料的安定性，藉此可在生化試片300進行量測樣品前，保護生化試片300，並減緩生化試片300與環境發生非預期的變異，進而維持或保護生化試片300的對電極24的接收或釋放額外電子。

圖6是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。如圖6所示，生化試片400與生化試片100的差別在於工作電極22和對電極24為複合電極。工作電極22包括第一部分22X和第二部分22Y。對電極24包括第一部分24X和第二部分24Y。在一些實施例中，工作電極22和對電極24皆可由非活性材料與活性材料共同組成。舉例來說，在本實施例中，工作電極22的第一部分22X和對電極24的第一部分24X包括非活性材料，而工作電極22的第二部分22Y和對電極24的第二部分24Y包括活性材料。

在一些實施例中，非活性材料可包括碳，活性材料可包括銀。工作電極22和對電極24由非活性材料與活性材料共同組成以提升整體的導電和傳導能力。工作電極22的第一部分22X係完全重疊工作電極22的第二部分22Y，而對電極24的第一部分24X不完全重疊對電極24的第二部分24Y。在本實施例中，對電極24的第一部分24X至少部分暴露對電極24的第二部分24Y。

在一些實施例中，開口32至少部分暴露對電極24的第二部分24Y，而開口32不暴露工作電極22的第二部分22Y。因對電極24的第二部分24Y包括活性材料，因此其具有接收或釋放額外電子的能力。對電極24的第二部分24Y藉由在開口32中暴露以接收或釋放生化試片400在測量反應中的額外電子。藉此，可提升對電極24電中性平衡的能力。

在一些實施例中，可以在絕緣基板10上先設置活性材料，然後在預定位置上覆蓋非活性材料以形成本實施例工作電極22和對電極24。工作電極22和對電極24的設置方法可包括網印(screen printing)、壓印(imprinting)、熱轉印法(thermal transfer printing)、旋轉塗佈法(spin coating)、噴墨印刷(ink-jet printing)、雷射剝鍍(laser ablation)、沈積(deposition)、電鍍(electrodeposition)等技術設置，但本揭露不以此為限。

圖7是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的分解示意圖。如圖7所示，生化試片500與生化試片200的差別在於對電極24為指叉結構。對電極24包括第一部分24A和第二部分24B。在一些實施例中，第一部分24A和第二部分24B分別由活性材料與非活性材料組成。開口32至少部分暴露第一部份24A和第二部分24B。在開口32中，對電極24同時具備活性材料(第一部份24A)與非活性材料(第二部分24B)。在本實施例中，對電極24的第二部分24B負責傳統對電極24匹配工作電極22工作，而對電極24的第一部份24A則透過自身氧化或還原彌補第二部分24B的不足。詳細來說，對電極24的第一部份24A可接收或釋放生化試片500在測量反應中的額外電子。

圖8是依據本揭露的一些實施例所繪製的生化試片的局部俯視示意圖。如圖8所示，生化試片600與生化試片200的差別在於生化試片600設有第一對電極24及第二對電極26，第一對電極24和第二對電極26彼此分離。第一對電極24和第二對電極26分別包括第一部分24A、26A和第二部分24B、26B。第一對電極24的第一部份24A和第二對電極26的第一部分26A包括活性材料，而第一對電極24的第二部份24B和第二對電極26的第二部分26B包括非活性材料。開口32至少部分暴露第一對電極24的第一部份24A和第二對電極26的第一部分26A。

在一些實施例中，第一對電極24的第一部分24A的材料可進行自身氧化反應，第二對電極26的第一部分26A的材料可進行自身還原反應。在一些實施例中，第一對電極24的標準還原電位大於第二對電極26的標準還原電位。在一些實施例中，第一對電極24的第一部分24A的標準還原電位大於第二對電極26的第一部分26A的標準還原電位。

在一些實施例中，第一對電極24的第一部分24A的面積和第二對電極26的第一部分26A的面積的總和小於或等於工作電極22的面積。在一些實施例中，第一對電極24的第一部分24A和第二對電極26的第一部分26A暴露於開口32中的面積總和小於或等於工作電極22暴露於開口 32中的面積。

第一對電極24的第一部分24A和第二對電極26的第一部分26A藉由在開口32中暴露以接收或釋放生化試片600在測量反應中的額外電子。藉由第一對電極24和第二對電極26電性上的切換，使工作電極22於氧化反應或還原反應中皆無瓶頸效應發生。藉此，生化試片600可測量不同反應下的物質濃度。

圖9A與9B分別繪示在不同濃度下應用本實施例之對電極和比較實施例之對電極的訊號比較圖，其中圖9A為43%血細胞比容200mg/dL血糖之血液樣品訊號圖，而圖9B為43%血細胞比容600mg/dL血糖之血液樣品訊號圖。詳細來說，圖9A與9B的曲線A為4.8mm²的工作電極搭配本揭露之實施例的0.8mm²的對電極之血液樣品訊號圖。曲線B為4.8mm²的工作電極搭配比較實施例的2.4mm²的對電極之血液樣品訊號圖。其中，工作電極為碳電極。本揭露之實施例的0.8mm²的對電極以氧化銀電極為例，但本揭露不以此為限。比較實施例的2.4mm²的對電極以市售面積2.4mm²碳電極為例。曲線A和曲線B為在相同環境條件下利用氧化濃度測量方法訊號比較圖。

如圖9A所示，由於在低濃度環境中一般對電極(非活性材料)足以支持工作電極上還原反應的電荷轉移量，因此曲線A和曲線B兩者所得扣除阻抗差異外，本實施例的對電極和比較實施例的對電極的訊號與表現幾乎一樣。

如圖9B所示，在高濃度環境下，由於一般對電極(非活性材料)無法匹配高濃度下的工作電極發生還原反應時的電荷轉移量，進而發生瓶頸效應。另一方面，因本實施例的對電極具備自身氧化還原的能力，因此可接收或釋出額外的電子，故相較於一般電極，本實施例的對電極可利用相同面積或更小面積測得更高訊號。

圖10繪示本實施例之對電極和比較實施例之對電極為不同面積時的訊號比較圖。圖10為本實施例之對電極和比較實施例之對電極測試600mg/dL血糖之血漿(plasma)的樣品，進行還原濃度測量方法對高濃度測試的訊號比較圖。其中，工作電極為碳電極，其電極面積為4.8mm²。本實施例的對電極為銀電極，其電極面積分別為0.8mm²(曲線A)、1mm²(曲線B)及1.2mm²(曲線C)。比較實施例的對電極為碳電極，其電極面積分別為1.2mm²(曲線D)、1.8mm²(曲線E)及2.4mm²(曲線F)。

如圖10所示，比較實施例的對電極隨著面積的增加，反應電流的強度也持續增加，代表比較實施例的對電極的電極面積，仍不足以支持流經工作電極的電子流因而產生瓶頸效應。然而，在本實施例中，對電極的不因對電極面積的增加而增大，依然為穩定值。因此，本實施例的對電極可用小於比較實施例的對電極的電極面積，就足夠支持工作電極上所流經的電子流，因此無瓶頸效應產生。

值得說明的是，本實施例的對電極與比較實施例的對電極存在極大訊號差異。因為在高濃度狀態下，工作電極上擁有大量的三價鐵離子(Fe³⁺)供其電還原，然而比較實施例的對電極未能同時氧化等量導電介質，因此所得訊號較本實施例的對電極少。本實施例的對電極自身具有可氧化能力，可透過氧化自身釋出電子。另外，本實施例的對電極亦可氧化二價鐵離子(Fe²⁺)。藉此，可提供足以匹配工作電極上所流經的電子流，且無瓶頸效應產生。

圖11A與圖11B分別繪示不同材料對於陽極對電極和陰極對電極的訊號比較圖。工作電極為碳電極，對電極分別包括銀(曲線A)、氧化銀(AgO)(曲線B)及碳(曲線C)三種材料，利用相同化學條件偵測生化試片的電流密度(A/m²)。

如圖11A所示，圖11A的對電極為陽極。碳本身並不具自身氧化或還原能力，故其訊號大小與反應層及面積相關。銀具自身氧化能力，當系統環境符合

<

-E_v公式時，銀會自身氧化，因此其電流密度高於碳。氧化銀不具氧化能力，因此當對電極為陽極時，即使系統環境滿足

<

-E_v公式，仍無法使氧化銀進行氧化而提供電子，因此其電流密度(A/m²)與碳相近。

值得說明的是，本揭露的活性材料係指在對電極為陽極且系統滿足

<

-E_v公式時會進行次反應，然而本揭露並不限制次反應可增加的電流密度。在一些實施例中，對電極的電流密度高於工作電極的電流密度的2倍。此外，本揭露並不限制對電極在使用時的狀態，其可以自生產時已包括活性材料，亦可透過測量儀使對電極具備活性材料的能力。在一些實施例中，對電極可為氧化銀，當樣品注入反應區後透過施加適當電位將氧化銀還原為銀。

如圖11B所示，圖11B的對電極為陰極。在本實施例中，無還原能力的銀無法接收額外電子，因此其無法在系統環境符合

>

-E_v情況下進行次反應，故其電流密度(A/m²)與碳相近。相反地，氧化銀具有還原能力，且其在系統環境符合

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-E_v具備次反應能力，因此其電流密度(A/m²)高於銀。

如同所述，本揭露之活性材料係指在配合對電極極性條件下具備次反應能力的材料。換句話說，即使活性材料在特定環境下具備自身氧化或還原能力，然而在主反應進行時，主反應之環境若無法使活性材料進行氧化或還原，則此活性材料不是適用於本揭露之對電極。

本揭露的上述說明中提供多種設有包括活性材料的對電極的生化試片，包括活性材料的對電極能在電極面積受限或是反應溶液中對電極表面可進行電子轉移之導電介質濃度不高的環境下且系統施加適當電壓時，提供等同於工作電極上之導電介質反應生成的電子量，繼而提升對電極的電中性平衡能力，並穩定電化學迴路而不發生電流瓶頸效應。在一些實施例中，生化試片還包括保護層以幫助對電極的活性材料的安定性，藉此達到保護生化試片，減緩或避免生化試片與環境發生非預期的變異。

雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。

10:絕緣基板 10C:連結區 20:電極單元 22:工作電極 24:對電極 30:第一絕緣隔片 30F:前側 30B:後側 32:開口 34:反應區 40:反應層 50:第二絕緣隔片 52:通氣孔 100:生化試片

Claims

一種生化試片，包括：絕緣基板；電極單元，位於該絕緣基板上，該電極單元包括工作電極和對電極，其中該對電極的電流密度大於該工作電極的電流密度；第一絕緣隔片，位於該電極單元上，其中該第一絕緣隔片具有開口，該開口至少部分暴露該電極單元；反應層，位於該開口並電性連接該電極單元；以及第二絕緣隔片，位於該第一絕緣隔片上。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極的電流密度大於或等於該工作電極的電流密度的兩倍。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極的面積小於或等於該工作電極的面積。
如請求項1所述的生化試片，其中該反應層與一目標分析物進行一主反應，該對電極用於進行一次反應，其中該次反應不干擾該主反應，該次反應使該對電極具有接收或釋放額外電子的能力。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極包括第一部分和第二部分，該第一部份與該反應層彼此不重疊。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極包括第一部分和第二部分，該開口至少部分暴露該第一部份。
如請求項1所述的生化試片，還包括保護層，電性連接該電極單元。
如請求項1所述的生化試片，其中該電極單元還包括第二對電極，其中該對電極和該第二對電極彼此分離。
如請求項8所述的生化試片，其中該對電極的標準還原電位大於該第二對電極的標準還原電位。
如請求項8所述的生化試片，其中該對電極的面積和該第二對電極的面積的總和小於或等於該工作電極的面積。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極為陰極，且該對電極的一活性材料之標準還原電位符合
，其中該
為該活性材料的標準還原電位，該
為該工作電極上濃度反應的標準還原電位，且該
為測量儀提供測量反應所施加的電位。
如請求項1所述的生化試片，其中該對電極為陽極，且該對電極的一活性材料之標準還原電位符合
，其中該
為該活性材料的標準還原電位，該
為該工作電極上濃度反應的標準還原電位，且該
為測量儀提供測量反應所施加的電位。