具有样品类型和体积检测的生物传感器设备和方法技术

一种用于测量生物传感器单元上的有效电容的设备，所述生物传感器单元具有第一导体连接和第二导体连接，该生物传感器单元被配置以容纳具有一体积的样品，所述设备包括： 正弦波发生器，具有用于与生物传感器单元的第一导体连接进行耦合的输出，所述正弦波发生器产生ＡＣ信号； 电流到电压（Ｉ／Ｖ）转换器，具有用于与生物传感器单元的第二导体连接进行耦合的输入并另外具有输出； 相移器，具有被耦合于所述Ｉ／Ｖ转换器输出的输入并另外具有输出； 方波发生器，产生与所述ＡＣ信号同步的方波； 同步解调器，具有输出、被耦合于所述相移器的第一输入和被耦合于所述方波发生器的第二输入；以及 低通滤波器（ＬＰＦ）：具有被耦合于所述同步解调器输出的输入，所述ＬＰＦ在输出处产生与生物传感器单元的有效电容成比例的信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器，并更具体地涉及一种方法和设备，用于检测沉积于生物传感器单元(biosensor cell)内的样品的类型和体积。
技术介绍
生物传感器是测量沉积于生物传感器单元内的样品中的各种化学成分存在的装置。例如，生物传感器可被用于测量存在于血样中的葡萄糖的量。通常，生物传感器单元包括一对导体例如金和钯，被配置以容纳其之间的样品。典型地，生物传感器产生与样品中某种成分例如葡萄糖的量成比例的电信号，所述样品被假定具有确定的体积。然而，如果样品过小/大，电信号将显示比样品中成分实际浓度低/高的浓度，导致潜在的不正确诊断和治疗。相应地，用于确定生物样品足够度的方法和设备是有用的。用于确定生物传感器单元内样品足够度的一种方法是通过使用电传感器。电传感器是检测电流动的导体。在这种方法中，一个或多个检测导体被置于整个生物传感器单元的不同位置。当样品接触到检测导体时，检测导体将导电，由此显示样品存在于其位置。然后电子电路可被用于在导电的检测导体数量的基础上确定是否足够的样品已被沉积到生物传感器单元内。这种方法具有几个缺点。第一，除了生物传感器单元的两个现有平行板导体外还需要几个检测导体。第二，如果样品触及检测导体而没有完全填充导体区域，则引入了误差。第三，这种方法不能补偿样品中被捕集的减小了样品的体积的气泡。用于确定被应用于生物传感器单元的样品足够度(adequacy)的另一种方法是通过样品体积的视觉确认。在这种方法中，设备的使用者在视觉上检验生物传感器内的样品以确定是否充足的样品已被应用于生物传感器。这种方法依赖于样品体积的主观确定并因此易于产生误差。当生物传感器被用于测量与导致使用者视觉分辨能力降低的某些疾病如糖尿病有关的化学成分时，这是特别有问题的。被用于确定样品足够度的现有技术方法导致仅当样品体积在一个狭窄范围内时测试才被进行。如果样品体积在这个范围之外，则测试被放弃。依赖于样品体积在狭窄范围内的使用生物样品的这种“就继续或停止作出最后决定的(go/no-go)”方法导致对于在这个狭窄范围之外的样品来说，浪费了时间和样品。因此，需要有精确确定生物传感器单元内样品体积并确定宽范围样品体积的化学成分浓度的设备和方法。其中本专利技术亦满足了这个需要。专利技术概述本专利技术提供了设备和方法，可确定是否充足的样品体积已被沉积于生物传感器内，可适应样品体积的变化，并可确定沉积于生物传感器内的样品的类型。通过以确定生物传感器单元有效电容来精确检测生物传感器单元内的样品体积，上述问题被克服，所述电容与生物传感器单元内的生物样品体积成比例。本专利技术的一个方面是一种用于测量生物传感器单元上的有效电容的设备，所述生物传感器单元具有第一导体连接和第二导体连接，该生物传感器单元被配置以容纳具有与生物传感器单元上的电容有关的体积的样品。该设备包括，正弦波发生器具有用于与生物传感器单元的第一导体连接进行耦合的输出，该正弦波发生器产生AC信号；电流到电压(I/V)转换器具有用于与生物传感器单元的第二导体连接进行耦合的输入并另外具有一个输出；相移器，具有被耦合于I/V转换器输出的输入并另外具有一个输出；方波发生器，产生与AC信号同步的方波；同步解调器，具有输出、被耦合于相移器的第一输入和被耦合于方波发生器的第二输入；以及低通滤波器(LPF)具有被耦合于同步解调器输出的输入，该LPF在输出产生与在生物传感器单元上的有效电容成比例的信号。本专利技术的另一个方面是一种用于测量生物传感器单元上的有效电容的方法，所述生物传感器单元具有第一导体连接和第二导体连接，该生物传感器单元被配置用于在生物传感器中使用以容纳具有一体积的样品。该方法包括将具有一频率的正弦波应用于生物传感器单元的第一导体以产生AC信号，对AC信号的移相，产生与正弦波同步的方波，用方波来解调AC信号以产生被解调信号，以及过滤被解调信号以产生与生物传感器单元上的有效电容成比例的信号。附图简述附图说明图1为依照本专利技术的生物传感器方块图和有关的信号电平；图2为依照本专利技术的生物传感器的示意图；图3为依照本专利技术用于测量样品体积和葡萄糖水平的时序图；图4为描述依照本专利技术用于被填充或被半填充生物传感器单元的电流值的图；图5为描述依照本专利技术用于被填充或被半填充生物传感器单元的体积检测A/D读数的图；图6为描述依照本专利技术在样品被应用之后的0.8秒处被填充或被半填充生物传感器单元的A/D读数、平均、标准偏差和变化系数的条带图的图；图7a为描述依照本专利技术在体积补偿之前与工业标准比较的葡萄糖偏离的图；并且图7b为描述依照本专利技术在体积补偿之后与工业标准比较的葡萄糖偏离的图。专利技术详述图1为依照本专利技术一个实施例用于确定被置于生物传感器102内的样品体积和被置于生物传感器102内的样品类型的生物传感器设备100的方块图。另外，图1描述了在生物传感器设备100内各个位置处被发展的信号电平。总体来看，由AC正弦波发生器104产生的AC正弦波和由DC电压源106产生的DC偏压被组合器146组合并被应用于生物传感器单元102以生成反映生物传感器单元102上的有效电阻108和电容110的信号。另外，AC正弦波被传递给方波发生器112，产生与正弦波同步的方波。出自生物传感器单元102的信号被传递经过电流到电压(I/V)转换器114以将该信号转换为电压信号。出自I/V转换器114的电压信号被相移器116移相。相移器116的输出被传递给同步解调器118，用于使用方波发生器112的输出进行解调以生成被解调信号。被解调信号被传递经过LPF120以生成与生物传感器单元102有效电容成比例的信号，它与样品体积成比例。该信号被A/D转换器122转换为数字的，并且该数字信号由处理器124处理以基于生物传感器单元102上的有效电容而确定样品体积。另外，I/V转换器114的输出被传递经过去除AC正弦波成分的滤波器126，并且最终信号被A/D转换器122转换为数字的以便由处理器124处理以确定被应用于生物传感器单元102的样品类型，例如测试样品或生物样品。本专利技术在由糖尿病人使用以确定血样中葡萄糖水平的葡萄糖测量系统中是特别有用但并不排他的。图2为用于确定被置于生物传感器单元102内的样品体积和类型的设备的示意性描述，其将被用于具体描述本专利技术的实施例。生物传感器单元102为用于样品例如血液的容器。生物传感器单元102能以通过在生物传感器单元102内第一导体连接128和第二导体连接130之间的与有效电容110并联的有效电阻108的已知方式被模拟。生物传感器单元102包括被耦合于第一导体连接128的第一导体和被耦合于第二导体连接130的第二导体。第一和第二导体可以是基本上相互平行的一对平行板，被配置以容纳其之间的样品。当样品被置于生物传感器单元102内时，生物传感器单元102的有效电容110将与样品的体积成比例。在可选的实施例中，第一和第二导体可以是被置于相同平面上以容纳其上样品的一对板，或者可以是被配置以容纳其之间样品的彼此同轴的一对圆筒形导体。正弦波发生器104产生可被应用于生物传感器单元102的正弦波。通过在第一导体连接128处将正弦波应用于生物传感器单元102，反映生物传感器单元102的有效电阻108和有效电容110的信号在第二导体连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：M·Z·凯尔马尼，
申请(专利权)人：生命扫描有限公司，
类型：发明
国别省市：