专利名称：提高生物传感器读取值分辨度的方法
技术领域：
本发明有关一种生物传感器测量值取样方法；特别是有关一种提高生物传感器读取值分辨度的方法。
(2)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。这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藉由饮食、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。参图2所示，是生物芯片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是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，是先将生物芯片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)是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。藉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是图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是随时间变化而逐渐衰减，形成一条相应血液样品中葡萄糖浓度的一条放电曲线。另外，每一时间点的反应电流I经由一具有一放大电阻Rf的电流/电压转换器32转换成一输出电压Vout。因此，随时间变化而逐渐衰减的反应电流I经过电流/电压转换器32后，成为一条电压-时间放电曲线。此一电压-时间放电曲线中每一时间点对应的一电压经一模拟数字转换器34转换成一组数字信号。一微处理器(microcomputer)36是读取来自模拟数字转换器34的这些数字信号，并根据这些数字信号，求得血液样品中的一葡萄糖浓度值，再经由一液晶显示器38将此葡萄糖浓度值显示出来，供患者参考。
上述习知血糖计所测得的血液中葡萄糖浓度的电压-时间放电曲线中，每一输出电压Vout仅能测至个位数(即仅能测出整数值)，电压值范围在0~255mv之间，使得习知血糖计血糖含量读取值的分辨度受到限制。也就是说，习知血糖计所测得的每一输出电压无法准确至小数点以下，而使得血糖计的血糖含量读取值分辨度无法提高。
据此，亟待提供一种生物传感器测量值取样方法，其可克服习知生物传感器读取值分辨度受到限制的缺点。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其是利用多次取样求平均值的方法，使测量值输出信号可以准确至小数点以下，以提高生物传感器读取值的分辨度。
本发明的另一目的是提供一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其不需增加额外的组成构件，可达到降低成本的目的。
本发明的又一目的是提供一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其是利用选取检体中一特定成份放电曲线中相邻不同时间点个别测量值求其平均值的方法，以降低测量值输出信号的杂讯干扰。
根据以上所述的目的，本发明提供一种提高生物传感器读取值分辨度的方法。本发明方法包括施予一检体于一生物传感器的一生物芯片上，该检体中一特定成份经该生物芯片传感产生一电压-时间放电曲线。以此电压-时间放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取时间t0邻近数个不同时间对应的个别电压，求得中心电压V0与这些被选取的个别电压的一平均电压，以此平均电压作为时间t0对应的一输出电压。根据上述步骤，求得此电压-时间放电曲线中一放电终点时间前每一时间对应的一平均电压，以供做每一时间的一输出电压。将此电压-时间放电曲线中每一时间对应的一输出电压转换成一组二值化数字信号。根据这些二值化数字信号，求得相应检体中此特定成份浓度的一读取值。
本发明方法是对检体中一特定成份的电压-时间放电曲线选取数个相邻不同时间点的电压，求得一电压平均值，并以此电压平均值作为这些相邻时间点之间一中心时间点的一测量输出值，藉以使每一测量输出值可以准确至小数点以下，以提高生物传感器的读取值分辨度，同时降低每一测量值输出信号的杂讯干扰。
本发明的目的及诸多优点藉由以下具体实施例的详细说明，并参照附图将趋于明了。
(4)


图1是一习知的血糖机外观示意图；图2是图1所示的血糖机的一生物芯片构件分解示意图；图3是图1所示的血糖机的控制电路示意图；图4是本发明一检体中一特定成份的放电曲线图；图5是本发明一第一较佳具体实施例的步骤流程图；及图6是本发明一第二较佳具体实施例的步骤流程图。
(5)具体实施方式
本发明使用的生物传感器(biosensor)的组成构件与一般利用特定酵素反应原理的生物传感器组成构件相同。本发明的生物传感器仍包括图1至3所示习知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12、一电压供应源30、一具有一放大电阻Rf的电流/电压转换器32、一模拟数字转换器34、一微处理器36及一显示器38。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的习知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10的生物芯片12上，并且利用欲检测的特定成份与生物芯片12的反应层124所含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12的反应层124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12的反应层124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12的反应层124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。生物芯片12的反应层124含有胆固醇氧化酶(cholesterol oxidase)时，此生物传感器可用以测量血液样品中的胆固醇浓度。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12上时，血液样品中的葡萄糖与生物芯片12的反应层124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12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30，例如一电池，即施予一作用电压Vref于生物芯片12上，藉以使生物芯片12相应此特定成份含量产生一反应电流I，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，而产生相应的反应电流I。此一反应电流I随时间变化而逐渐衰减，并且每一时间点的反应电流I经电流/电压转换器32转换成一输出电压Vout。因此，检体中此特定成份经生物芯片12传感后，生物传感器可测量到相应此特定成份浓度的一条电压-时间放电曲线。此一电压-时间放电曲线中每一时间点对应的一输出电压Vout经由模拟数字转换器34转换成一组二值化数字信号(binary digitized data)。微处理器36根据此一电压-时间放电曲线的一放电终点时间及此放电终点时间以前所有时间点对应的二值化数字信号以决定相应血液样品中葡萄糖浓度的一读取值。此一读取值经由显示器38例如液晶显示器显示出来。
另一方面，本发明的生物传感器可根据检体中一特定成份经生物芯片12传感后，相应产生的一最大输出电压Vout及内建于微处理器36的一输出电压-特定成份放电曲线对映表，选择相应此最大输出电压Vout的一标准的特定成份放电曲线。此一对映表中的每一特定成份放电曲线是为一电压-时间放电曲线。再根据此标准的特定成份放电曲线，以决定其相应的放电终点时间。微处器36即根据所选择的标准的特定成份放电曲线及其放电终点时间决定检体中此特定成份的含量。
本发明生物传感器的作用原理虽与一般生物传感器作用原理无异，然而本发明是在于提供一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其是利用选取检体中一特定成份放电曲线中数个相邻不同时间点的个别电压，求得一平均电压，以供做这些相邻不同时间点中被选择的一中心时间点的一输出电压，进而提高此一中心时间点输出电压的分辨度。本发明即藉上述多次取样求平均值的方法，以提高此特定成份放电曲线中每一时间点的输出电压的分辨度。
本发明提高生物传感器读取值分辨度的方法将藉由以下较佳具体实施例配合所附图式予以详细说明。
参照图4及图5，图4是显示检体中一特定成份经本发明生物传感器传感后相应产生的一条电压-时间放电曲线。图5是本发明一第一较佳具体实施例的步骤流程图。本发明第一较佳具体实施例将配合图1至3所示的生物传感器详细说明如下。首先，在步骤501，施予一检体于本发明生物传感器的一生物芯片12上。此检体中一特定成份经生物芯片12传感产生一电压-时间放电曲线，如图4所示。接着，在步骤502，以此电压-时间放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取时间t0邻近的三个不同时间t1、t2及t3对应的个别电压V1、V2及V3。在步骤503，求得此四个电压V0、V1、V2及V3的一平均电压，以此平均电压作为时间t0对应的一输出电压。举例而言，以时间t0对应的电压值101毫伏特(mv)为一中心电压，选取邻近时间t0的三个不同时间点t1、t2及t3对应的电压值103毫伏特、100毫伏特及99毫伏特。接着，求得此四个电压值的一平均电压值为100.75毫伏特，即以此平均电压值100.75毫伏特作为时间t0对应的一输出电压Vout。时间t0的输出电压100.75毫伏特经模拟数字转换器34转换成一组二值化数字信号，其中100毫伏特是以前八个位元(20，21，22，…..27)表示，而0.75毫伏特是以后两个位元(2-1，2-2)表示。因此，时间t0的输出电压100.75毫伏特的十位元数字信号即为(0110010011)。生物传感器对于时间t0所能测量到的输出电压原仅能至个位数，藉步骤502至503的方法即可使时间t0的输出电压解析至小数点以下两位。另外，时间t0的输出电压的位元数也可从八位元提高分辨度至十位元。另外，步骤502相对于时间t0的时间取样间隔可为毫秒(ms)或微秒(μs)，而取样方式除选取时间t0的中心电压前一个电压及其后两个电压外，亦可选取时间t0的中心电压前两个电压及其后一个电压、时间t0的中心电压前三个电压或时间t0的中心电压后三个电压。
接下来，在步骤504，根据步骤502至503，求得此电压-时间放电曲线中一放电终点时间前每一时间点对应的一平均电压，以供作每一时间点的一输出电压。在步骤505，将此电压-时间放电曲线中放电终点时间前每一时间点对应的一输出电压经模拟数字转换器34转换成一组二值化数字信号。之后，在步骤506，微处理器36根据这些二值化数字信号，求得相应检体中此特定成份浓度的一读取值，再由显示器38例如液晶显示器将此读取值显示出来。根据步骤502至504即可提高检体中此特定成份的放电曲线中每一时间点的输出电压分辨度至小数点以下两位，进而提高相应检体中此特定成份浓度的读取值分辨度。另外，藉步骤502至504同时可降低每一时间点输出电压的杂讯干扰。
图6是本发明一第二较佳具体实施例的步骤流程图，同样地将配合第一至三图所示的生物传感器详细说明如下。首先，在步骤601，施予一检体于本发明生物传感器的一生物芯片12上，此检体中一特定成份经生物芯片12传感产生一随时间变化逐渐衰减的反应电流I，经电流/电压转换器32转换，产生一最大输出电压Vout。接着，在步骤602，根据生物传感器所测得的此一最大输出电压Vout及内建于微处理器36的一输出电压-特定成份放电曲线对映表，选择相应此最大输出电压Vout的一标准的特定成份放电曲线，此标准的特定成份放电曲线为一电压-时间放电曲线，并且相应一放电终点时间。接下来，在步骤603，以此标准的特定成份放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取时间t0邻近的三个不同时间t1、t2及t3对应的个别电压V1、V2及V3。在步骤604，求得此四个电压V0、V1、V2及V3的一平均电压，以此平均电压作为此时间t0对应的一输出电压。本发明第二较佳具体实施例的步骤603是相同于第一较佳具体实施例步骤502，其相对于时间t0的时间取样间隔可为毫秒(ms)或微秒(μs)，而取样方式除选取时间t0的中心电压前一个电压及其后两个电压外，亦可选取时间t0的中心电压前两个电压及其后一个电压、时间t0的中心电压前三个电压或时间t0的中心电压后三个电压。接着，在步骤605，根据步骤603至604，求得此标准的特定成份放电曲线的放电终点时间前每一时间点对应的一平均电压，以供做每一时间点的一输出电压。接下来，在步骤606，经由模拟数字转换器34将此标准的特定成份放电曲线的放电终点时间前每一时间点对应的一输出电压转换成一组二值化数字信号。在步骤607，微处理器36根据这些二值化数字信号，求得相应检体中此特定成份浓度的一读取值，并由显示器38例如液晶显示器显示出来。
本发明提高生物传感器读取值分辨度的方法可由软件来执行，并不需增加额外的组成构件，可达到降低成本的目的。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神所完成的等效改变或等效替换，均应包含在下述的权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，包括施予一检体于一生物传感器的一生物芯片上，该检体中一特定成份经该生物芯片传感产生一电压-时间放电曲线；以该电压-时间放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取该时间t0邻近的数个不同时间对应的个别电压V1、V2及V3，求得该中心电压V0与被选取的该电压的一平均电压，以该平均电压作为该时间t0对应的一输出电压；根据该前一步骤，求得该电压-时间放电曲线中一放电终点时间前每一时间对应的一平均电压，以供做每一该时间的一该输出电压；将该电压-时间放电曲线中每一该时间对应的一该输出电压转换成一组二值化数字信号；及根据该二值化数字信号，求得相应该检体中该特定成份浓度的一读取值。
2.如权利要求1所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的电压-时间放电曲线中每一时间对应的一电压为一整数值。
3.如权利要求1所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的取样时间间隔为毫秒。
4.如权利要求1所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的取样时间间隔为微秒。
5.如权利要求1所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的生物传感器测量的该检体中的该特定成份是视该生物芯片的一酵素成份而定。
6.一种提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，包括施予一检体于一生物传感器的一生物芯片上，该检体中一特定成份经该生物芯片传感产生一最大输出电压；根据该最大输出电压及一输出电压-特定成份放电曲线对映表，选择相应该最大输出电压的一特定成份放电曲线，该特定成份放电曲线为一电压-时间放电曲线；以该特定成份放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取该时间t0邻近的数个不同时间对应的个别电压，求得该中心电压V0与被选取的该电压的一平均电压，以该平均电压作为该时间t0对应的一输出电压；根据该前一步骤，求得该特定成份放电曲线中一放电终点时间前每一时间对应的一平均电压，以供作该每一时间的一该输出电压；将该特定成份放电曲线中每一该时间对应的一该输出电压转换成一组二值化数字信号；及根据该二值化数字信号，求得相应该检体中该特定成份浓度的一读取值。
7.如权利要求6所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的特定成份放电曲线中每一时间对应的一电压为一整数值。
8.如权利要求6所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的生物传感器测量的该检体中的该特定成份是视该生物芯片的一酵素成份而定。
9.如权利要求6所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的取样时间间隔为毫秒。
10.如权利要求6所述的提高生物传感器读取值分辨度的方法，其特征在于，所述的取样时间间隔为微米。
全文摘要
一种提高生物传感器读取值分辨度的方法。本发明方法包括施予一检体于一生物传感器的一生物芯片上，此检体中一特定成分经生物芯片传感产生一电压－时间放电曲线。以此放电曲线中一时间t0对应的一电压V0为一中心电压，选取时间t0邻近数个不同时间对应的个别电压，求得中心电压V0与这些被选取的个别电压的一平均电压，以此平均电压作为时间t0对应的一输出电压。根据上述步骤，求得此放电曲线中一放电终点时间前每一时间对应的一平均电压，以供做其个别输出电压。将此放电曲线中每一时间对应的一输出电压转换成一组二值化数字信号。根据这些二值化数字信号，求得相应检体中特定成分浓度的一读取值。
文档编号G01N33/66GK1515897SQ0310094
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月7日 优先权日2003年1月7日
发明者黄英俊, 王国任 申请人:力捷电脑股份有限公司