专利名称：：具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其方法
技术领域：
：本发明涉及一种具多通道输入的模拟/数字转换的生物感测器，以及应用该感测器于检测检体中一特定成份含量的方法。
背景技术：
：近几年来，利用特定酵素催化反应的各种生物感测器已经被发展出来使用于医疗用途上。此种生物感测器的一种用途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，患者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通过饮食、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显示一种传统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芯片12。参阅图2所示，为芯片12结构分解示意图，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(potassiumferricyanide)及氧化(oxidase)，例如葡萄糖氧化(glucoseoxidase)。在使用上述血糖计时，先将芯片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(potassiumferrocyanide)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。通过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。芯片12产生的一反应电流I随时间的递增而逐渐衰减，以相应血液样品中的葡萄糖浓度构成一条放电曲线。再者，此放电曲线的每一取样时间对应的一反应电流值经一电流/电压转换器30转换成一输出电压Vout。此电流/电压转换器30由一具有一放大电阻Rf的运算放大器310构成。如此一来，此随时间变化的反应电流形成一条电压-时间放电曲线，如图4所示。此电压-时间放电曲线中每一取样时间对应的一电压值经由一模拟数字转换器32转换成一组数字信号。微处理器34在一段取样时间内读取模拟数字转换器32输出的多组数字信号，并根据此些组数字信号以决定血液样品中的葡萄糖浓度。一显示器如液晶显示器36再将葡萄糖浓度值显示出来，供患者参考。图4所示的电压-时间放电曲线在每一取样间隔被取样读取一电压值，然后送至具单通道输入的模拟数字转换器32，以转换成一组数字信号。然而，此具单通道输入的模拟数字转换器32基于本身的设计，有一定限度的分辨率，而使传统血糖计对于血糖含量的检测分辨率无法提高。据此，亟待提供一种改进的生物感测器如血糖计，其可克服传统生物感测器的缺陷。
发明内容本发明的主要目的提供一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其藉一具有较高分辨率的模拟数字转换器，以提高检测检体中一特定成份含量的分辨率。本发明的另一目的提供一种应用该多通道输入模拟数字转换的生物感测器，是对于相应检体中一特定成份含量产生的一随时间变化的模拟信号进行多通道输入模拟数字转换，根据一段时间内收集的多组数字信号，以决定特定成份的含量。本发明的又一目的提供一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其在不增加生物感测器组件组合复杂度的情况下，可提高检测特定成份含量的分辨率。根据以上所述的目的，本发明提供一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其对检体中一特定成份含量进行检测方法。本发明的生物感测器包括一芯片、一多通道输入模拟数字转换器及一微处理器。此芯片相应施予在其上的一检体中一特定成份的含量产生一随时间变化的模拟信号。多通道输入模拟数字转换器具有数个输入通道，其中每一输入通道在每一取样间隔期间同时接收此随时间变化的模拟信号，以将此随时间变化的模拟信号转换成一组数字信号。微处理器于一段取样时间内接收来自多通道输入模拟数字转换器的多组数字信号，及根据此些组数字信号以决定此特定成份含量。本发明生物感测器具有一多通道输入模拟数字转换器，其输出一组数字信号，相较于应用在传统生物感测器的一单输入通道的模拟数字转换器输出的一组数字信号具有更多位数目，藉此以提高模拟信号转换成数字信号的分辨率，以进一步提高本发明生物感测器的检测分辨率。再者，本发明生物感测器加入一多通道输入模拟数字转换器，并不会增加组件组合的复杂度，因此本发明的生物感测器易于制造。本发明的目的及诸多优点通过以下具体实施例的详细说明，并参照所示附图，将趋于明了。图1为传统血糖计的透视图；图2是图1血糖计的分解示意图；图3是图1血糖计的控制电路示意图；图4是图1血糖计测量得到的一条电压-时间放电曲线图；图5为本发明一具体实施例的控制电路示意图；图6使用本发明生物感测器的一多通道输入模拟数字转换器的内部结构方块示意图；及图7为本发明方法的一实施例流程图。图中符号说明10主测试单元12芯片122条状基板1221电极部124反应层126隔件128盖板1222操作电极1224对应电极1226、1228导线30电流/电压转换器32模拟数字转换器34微处理器36液晶显示器50电流/电压转换器52多通道输入模拟数字转换器54微处理器56液晶显示器510运算放大器521取样装置522转换器524逻辑电路具体实施方式本发明提供一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其方法。本发明的生物感测器主要包括一芯片、一多通道输入模拟数字转换器及一微处理器。此芯片相应施予在其上的一检体中一特定成份的含量产生一随时间变化的模拟信号。多通道输入模拟数字转换器具有数个输入通道，其中每一输入通道在每一取样间隔期间同时接收此随时间变化的模拟信号，以将此随时间变化的模拟信号转换成一组数字信号。微处理器于一段取样时间内接收来自多通道输入模拟数字转换器的多组数字信号，及根据此些组数字信号以决定此特定成份含量。此特定成份含量的读数经由一显示器显示出来。本发明生物感测器对每一取样时间取样的一模拟信号提供多通道输入模拟数字转换(multi-channelA/Dconversion)，以使转换成的一组数字信号的输出位数多于应用在传统生物感测器的单通道输入模拟数字转换器(single-channelA/Dconverter)的数字信号的输出位数。本发明的多通道输入模拟数字转换器可提高模拟数字转换的分辨率，及相较于单通道输入模拟数字转换器可提供较高的分辨率。因此本发明生物感测器相较具有单通道输入的模拟数字转换器的生物感测器有较高的检测分辨率。本发明生物感测器测量一检体中一特定成份含量的原理与第一图的习知生物感测器采用的原理相同，皆是将检体施予在已插入生物感测器的主测试单元的芯片上，并且利用欲检测的特定成份与芯片上酵素的间的酵素催化反应结果，来测量此特定成份的含量。因此，本发明的生物感测器可随芯片上所含的酵素种类不同，而用以测量不同生物检体中的不同特定成份。例如，芯片上含有葡萄糖氧化(glucoseoxidase)时，此生物感测器可用以测量血液样品中的葡萄糖浓度。芯片上含有乳酸氧化(lactateoxidase)时，此生物感测器可用以测量唾液中的乳酸(lacticacid)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感测器的芯片上时，血液样品中的葡萄糖与芯片上的铁氰化钾(potassiumferricyanide)在葡萄糖氧化？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(potassiumferrocyanide)。因此，检体例如血液样品在芯片上一预定时间后，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，一电压供应源即施予一作用电压于芯片上，藉以使芯片相应此特定成份含量产生一反应电流，例如此一作用电压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，而产生此相应的反应电流。本发明生物感测器根据下述具体实施例配合所附图式将予以详细说明如下图5根据本发明一具体实施例的生物感测器的控制电路示意图。图5所示的生物感测器包括一具有电阻值Rs的芯片及一主测试单元。当一作用电压施予在此芯片，此芯片相应提供于其上的一检体中一特定成份含量产生一随时间变化的反应电流流经其本身。主测试单元包括一电流/电压转换器50、一多通道输入模拟数字转换器(multi-channelA/Dconverter)52、一微处理器54及一液晶显示器56。电流/电压转换器50包括一具有一放大电阻Rf的运算放大器510，用以将此随时间变化的反应电流I转换成一随时间变化的输出电压Vout。此随时间变化的输出电压Vout同时送入多通道输入模拟数字转换器52的数个通道ch1，ch2，ch3，....，chn-1及chn，以在每一取样间隔期间将被取样的输出电压Vout转换成一组数字信号。参照第六图，第五图的多通道输入模拟数字转换器52的一内部结构例示方块图，多通道输入模拟数字转换器52可包括一取样装置(sampler)521、一具数个输入通道的转换器522及一逻辑电路524。取样装置521在每一取样间隔期间接收一模拟信号，然后将此模拟信号同时送入转换器522的数个输入通道ch1，ch2，ch3，ch4.....，chn-2，chn-1及chn，并转换成复数组个别相应的数字信号。逻辑电路524接收此些组数字信号，并组合此些组数字信号，而输出一组数字信号，其位数多于来自转换器522的每一组数字信号位数。例如，当一被取样的模拟信号同时送入转换器522的数个输入通道ch1，ch2，ch3，ch4.....，chn-2，chn-1及chn，并且个别转换成一组8位数字信号。此些组8位数字信号送至逻辑电路524，根据逻辑电路524的内部架构，此些组8位数字信号可被组合成一组10位、12位或16位等的输出数字信号。因此，多通道输入模拟数字转换器52相较于单输入通道模拟数字转换器可提供较高分辨率的模拟数字转换。如此一来，本发明生物感测器相较于图3所示的具单输入通道的模拟数字转换器的传统生物感测器有较高的检测分辨率。请参照图5，微处理器54在一段取样时间内接收来自多通道输入模拟数字转换器52的多组数字信号，并根据此些组数字信号构成的一条随时间变化的放电曲线，以决定检体中此特定成份的含量。根据此时间变化的放电曲线可得到一峰值(peakvalue)及相应的一上升时间(risingtime)。此峰值代表此时间变化的放电曲线的最大值。微处理器54可以下述几种方式计算此特定成份的含量。第一，一峰值-特定成份含量对映表(mappingtable)可事先内建于微处理器54，微处理器54再根据此随时间变化的放电曲线及此对映表，以决定此特定成份含量。第二，一上升时间-特定成份含量对映表可事先内建于微处理器54，微处理器54再根据此随时间变化的放电曲线及此对映表，以决定此特定成份含量。此特定成份含量的读数再经由一液晶显示器56显示出来。本发明提供一种检体中一特定成份含量检测方法。图7本发明方法的一实施例流程图，首先在步骤70，一检体提供在已插入本发明生物感测器主测试单元的芯片上。当一作用电压施予在此芯片上，其相应检体中一特定成份含量产生一随时间变化的输出电压。在步骤72，在每一取样间隔期间，被取样的一输出电压同时送入多通道输入模拟数字转换器52的每一通道，以转换成一组数字信号。接着，在步骤74，此组数字信号送至微处理器54。在步骤76，微处理器54根据在一段取样时间内收集的多组数字信号构成的一条随时间变化的电压-时间放电曲线，以决定检体中此特定成份的含量。再者，微处理器54可根据此随时间变化的电压-时间放电曲线及上述的对映表，来计算此特定成份浓度。本发明生物感测器具有一多通道输入模拟数字转换器，其输出一组数字信号，相较于应用在习知生物感测器的一单输入通道的模拟数字转换器输出的一组数字信号具有更多位数目，藉此以提高模拟信号转换成数字信号的分辨率，以进一步提高本发明生物感测器的检测分辨率。再者，本发明生物感测器加入的多通道输入模拟数字转换器，并不会增加组件组合的复杂度，因此本发明的生物感测器易于制造。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下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的权利要求范围内。权利要求1.一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，包括一芯片，相应施予在该芯片上的一检体中一特定成份的含量产生一随时间变化的模拟信号；一多通道输入模拟数字转换器，具有数个输入通道，每一该输入通道在每一取样间隔期间同时接收该随时间变化的模拟信号，以将该随时间变化的模拟信号转换成一组数字信号；及一微处理器，于一段取样时间内接收来自该多通道输入模拟数字转换器的多组数字信号，及根据该等组数字信号以决定该特定成份的含量。2.如权利要求1所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的随时间变化的模拟信号为一随时间变化的反应电流。3.如权利要求2所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，更包含一电流/电压转换器，以将该随时间变化的模拟信号转换成一随时间变化的输出电压，再送至该多通道输入模拟数字转换器。4.如权利要求3所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的电流/电压转换器包含一运算放大器。5.如权利要求1所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的多通道输入模拟数字转换器包括一取样装置、一多通道输入转换器及一逻辑电路。6.如权利要求3所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的多通道输入模拟数字转换器包括一取样装置、一多通道输入转换器及一逻辑电路。7.如权利要求4所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的多通道输入模拟数字转换器包括一取样装置、一多通道输入转换器及一逻辑电路。8.如权利要求1所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的微处理器内建一峰值-该特定成份含量对映表，其中该峰值代表该等组数字信号构成的一随时间变化的放电曲线的最大值，该微处理器根据该对映表以决定该特定成份的含量。9.如权利要求3所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的微处理器内建一峰值-该特定成份含量对映表，其中该峰值代表该等组数字信号构成的一随时间变化的放电曲线的最大值，该微处理器根据该对映表以决定该特定成份的含量。10.如权利要求1所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的微处理器内建一上升时间-该特定成份含量对映表，其中该上升时间相应该等组数字信号构成的一随时间变化的放电曲线的最大值，该微处理器根据该对映表以决定该特定成份的含量。11.如权利要求3所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，上述的微处理器内建一上升时间-该特定成份含量对映表，其中该上升时间相应该等组数字信号构成的一随时间变化的放电曲线的最大值，该微处理器根据该对映表以决定该特定成份的含量。12.如权利要求1所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，更包含一液晶显示器，以显示该特定成份含量的读数。13.如权利要求3所述的具多通道输入模拟数字转换的生物感测器，其特征在于，更包含一液晶显示器，以显示该特定成份含量的读数。14.一种检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，包括提供一检体于一生物感测器的一芯片上，以相应该检体中一特定成份含量产生一随时间变化的模拟信号；在每一取样间隔期间，将该随时间变化的模拟信号同时送入一多通道输入模拟数字转换器的每一输入通道，以转换成一组数字信号；将该组数字信号送入一微处理器；及根据一段取样时间内收集的多组数字信号，以决定该特定成份的含量。15.如权利要求14所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，上述的随时间变化的模拟信号为一随时间变化的反应电流。16.如权利要求15所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，更包含将该随时间变化的模拟信号转换成一随时间变化的输出电压，再转换成该组数字信号。17.如权利要求14所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，更包含根据该段取样时间内收集的该等组数字信号，以建立一随时间变化的放电曲线。18.如权利要求17所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，根据该随时间变化的放电曲线及一峰值-该特定成份含量对映表，以决定该特定成份含量，该峰值代表该随时间变化的放电曲线的最大值。19.如权利要求17所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，根据该随时间变化的放电曲线及一上升时间-该特定成份含量对映表，以决定该特定成份含量，该上升时间相应该随时间变化的放电曲线的最大值。20.如权利要求16所述的检体中一特定成份含量检测方法，其特征在于，更包含根据该段取样时间内收集的该等组数字信号，以建立一随时间变化的放电曲线。全文摘要本发明涉及一种具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其检测检体中一特定成分含量的方法。本发明的生物感测器包括一芯片、一多通道输入模拟数字转换器及一微处理器。此芯片相应施予在其上的一检体中一特定成分的含量产生一随时间变化的模拟信号。多通道输入模拟数字转换器具有数个输入通道，其中每一输入通道在每一取样间隔期间同时接收此随时间变化的模拟信号，以将此随时间变化的模拟信号转换成一组数字信号。微处理器根据此些组数字信号以决定此特定成分含量。本发明的生物感测器，用以提高检测特定成分含量的分辨率。文档编号G01N27/416GK1570617SQ0317877公开日2005年1月26日申请日期2003年7月18日优先权日2003年7月18日发明者王国任,陈俊仁申请人:力捷电脑股份有限公司
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