專利名稱：非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電極結(jié)構(gòu)，尤其是指一種非侵入式血糖計的電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
一般來說，血糖的檢測是用于糖尿病的預(yù)防與觀察上。拜科技進(jìn)步之賜，現(xiàn)今除了傳統(tǒng)的侵入式血糖計之外(也就是先將血液滴在試片上，再由血糖計量測血糖濃度的測量 方式)，也有許多的非侵入式血糖計(non-invasiveblood glucose meter)問世。非侵入式 血糖計因?yàn)椴粫谏眢w上造成傷口，所以較不會造成感染，其包含有利用光譜法或是利用 逆向離子電滲法等技術(shù)進(jìn)行血糖測量的血糖計。其中，利用逆向離子電滲法(reverse iontophoresis)進(jìn)行血糖測量的非侵入式 血糖計，是通過電極在皮膚上施加小電壓，將皮膚下的血糖及間質(zhì)液抽取出來進(jìn)行反應(yīng)并 測量血糖的濃度。請參照圖1，為一般非侵入式血糖計利用逆向離子電滲法來抽取葡萄糖的示意圖， 其中包含有偏壓供應(yīng)器11、負(fù)電極13、正電極14以及凝膠層15。其運(yùn)作的原理為偏壓供 應(yīng)器11提供小電壓于負(fù)電極13以及正電極14，當(dāng)供應(yīng)的電壓足夠大時，皮膚19中的一些 正離子17 (如Na+)會被負(fù)電極13所吸引，并滲透出皮膚19的表面而進(jìn)入凝膠層15中，一 些負(fù)離子18(如Cl)則會被正電極14所吸引而同樣被抽取進(jìn)入凝膠層15中。此時，皮膚 19中的葡萄糖分子16以及間質(zhì)液便會隨著正離子17與負(fù)離子18滲透進(jìn)入凝膠層15。接 著，葡萄糖分子16會與凝膠層15中的反應(yīng)物質(zhì)(如葡萄糖氧化酶)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生反 應(yīng)電流，而反應(yīng)電流經(jīng)過電流傳感器12的測量、分析以及換算之后，就可得知受測人的血 糖濃度。請參照圖2A所示，為現(xiàn)有的非侵入式血糖計的分解示意圖。概略上來說，其中包 含有第一電極21及第二電極23以及凝膠層25(hydr0gel pad)。凝膠層25中容納了用來 與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)，像是葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GO)等等，其放置于 皮膚上，通過在第一電極21和第二電極23施加小電壓，利用逆向離子電滲法的原理，即可 將人體皮膚下的間質(zhì)液以及葡萄糖抽取進(jìn)入凝膠層25中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。如圖2B所示，為現(xiàn)有非侵入式血糖計的電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，有第一電極21、第二 電極23以及凝膠層25。在使用時，該電極結(jié)構(gòu)是層疊于皮膚19上，其中凝膠層25與皮膚 19接觸的那一面還包含有半透膜27，讓葡萄糖以及間質(zhì)液能夠進(jìn)入凝膠層25中與葡萄糖 氧化酶進(jìn)行反應(yīng)。需要注意的是，在施加電壓時，第一電極21和第二電極23所產(chǎn)生的電場線會如圖 2B中的曲線所示，而因?yàn)閹щ娏Ｗ铀芾蛲屏陔妶鼍€的切線方向，所以皮膚19下 的離子所受到的力方向就會如箭頭所示。由圖中舉例來說，皮膚19下的正離子17受力方 向大部分都不是垂直于皮膚19的表面，會有較大的額外水平分力，因此要將離子抽離皮膚 19便需要有較大的電場。而且，不同位置所受的電場大小也不相同，會造成皮膚19的不良 刺激。[0008]又，因?yàn)閮呻姌O和皮膚19之間隔著凝膠層25，使得兩電極和皮膚19之間有一段距 離，所以就需要更大的電壓才能夠產(chǎn)生足以抽取葡萄糖的電場，使更換電源(如電池)的頻 率升高，也造成能量的浪費(fèi)與抽取效率的降低。另外，請參照圖2C，與圖2B不同的是，圖2C中第一電極21，和第二電極23，是設(shè) 置于凝膠層25’與皮膚19之間的。通過在第一電極21’和第二電極23’施加電壓，利用逆 向離子電滲法將葡萄糖抽取上來，并通過滲透的方式讓葡萄糖穿過半透膜27’進(jìn)入凝膠層 25’中與葡萄糖氧化酶進(jìn)行反應(yīng)。這種電極配置的方式同樣會導(dǎo)致皮膚19的不良刺激，并 且葡萄糖滲透進(jìn)入凝膠層25’的效率也不甚理想。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于，改善非侵入式血糖計抽取葡萄 糖的電極供應(yīng)電場不均勻的情形，以減少皮膚刺激、延長血糖計使用時間，并提升抽取葡萄 糖的效率。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一方案，提供一種非侵入式血糖計電極結(jié) 構(gòu)，包含有一第一電極、多個第二電極、以及一半透膜。其中第一電極為面狀的電極；第二電 極是以凸出于該第一電極的表面和平均分布的方式設(shè)置于第一電極，并且與該第一電極之 間不接觸導(dǎo)通；半透膜則設(shè)置于第二電極凸出于第一電極表面的那一端，以使半透膜與第 一電極間形成一容置空間，且第二電極凸出于第一電極表面的部分是容納于容置空間中。這些第二電極可以是針狀、錐狀、柱狀或片狀電極，也可以是用納米碳管(每個形 成電極的納米碳管長度相同)或其它導(dǎo)電材料制成，甚至是用一導(dǎo)電部覆蓋于一支撐部 (可以是導(dǎo)電物質(zhì)或非導(dǎo)電物質(zhì))的表面來制成的組合電極，其以平均分布的方式設(shè)置于 第一電極的表面。特別的是，第一電極可以包含有多個穿孔，讓這些第二電極能夠以穿過這 些穿孔的方式設(shè)置于第一電極的表面；或是將這些第二電極設(shè)置于該第一電極的表面，并 且在第一電極與第二電極交界處提供一間隔距離或一絕緣物質(zhì)，使第一電極與第二電極不 會互相導(dǎo)通。半透膜則是與第一電極相對設(shè)置于這些第二電極的兩端，使半透膜與第一電極間 形成容置空間。該容置空間容納有用來與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)，像是葡萄糖氧化酶 (glucose oxidase, GO)，當(dāng)施加電壓于這些第二電極以及第一電極時，利用逆向離子電滲 法的原理，葡萄糖即會被抽取并透過半透膜進(jìn)入該容置空間中與反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，然后 經(jīng)過分析換算后即可得知葡萄糖濃度。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果包括通過電極構(gòu)造的改變，讓非侵 入式血糖計在抽取人體皮膚下的葡萄糖時，電場能夠均勻地施加于皮膚上，以減少皮膚的 過度刺激；并且拉近皮膚與電極間的距離，讓電極只需使用較小的電壓，即可抽取皮膚下間 質(zhì)液中的葡萄糖，提升抽取與藥物穿透的效率。以上之概述與接下來的實(shí)施例，皆是為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)手段與所 達(dá)成的功效，然而所敘述的實(shí)施例與圖式僅為提供參考與說明，并非用來對本實(shí)用新型加 以限制。
圖1為現(xiàn)有非侵入式血糖計利用逆向離子電滲法來抽取葡萄糖的示意圖；圖2A為現(xiàn)有的非侵入式血糖計的分解示意圖；圖2B為現(xiàn)有的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖2C為現(xiàn)有的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3A為本實(shí)用新型非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例的側(cè)視圖；圖3B為本實(shí)用新型非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的又一種實(shí)施例的側(cè)視圖； 圖4A為本實(shí)用新型非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施例的側(cè)視圖；及圖4B為本實(shí)用新型非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的再一種實(shí)施例的側(cè)視圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下11偏壓供應(yīng)器12 電流傳感器13 負(fù)電極14 正電極15凝膠層16葡萄糖分子17 正離子18 負(fù)離子19 皮膚21、21，第一電極23、23，第二電極25、25，凝膠層27、27，半透膜31a,31b 第一電極32 穿孔33a、33b 第二電極34絕緣物質(zhì)35容置空間37、37，半透膜
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型通過電極結(jié)構(gòu)的改變，讓非侵入式血糖計施加在皮膚上的電場能夠均 勻，提升葡萄糖抽取的效率。請參照圖3A，為非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例的側(cè)視圖，包含有一第一 電極31a以及多個第二電極33a。其中這些第二電極33a可以是用納米碳管或其它導(dǎo)電材 料制成的電極，且這些第二電極33a是以均勻分布的方式，設(shè)置于第一電極31a的表面。值 得一提的是，這些第二電極33a與該第一電極31a之間可通過提供一間隔距離或是一絕緣 物質(zhì)34的方式，使第一電極31a和這些第二電極33a不會因?yàn)榛ハ嘟佑|而導(dǎo)通。在較佳的 實(shí)施例中，每個第二電極33a都是以同樣高度凸出于第一電極31a的表面，使得在施加電壓時，其所產(chǎn)生的電場能夠盡量均勻。作為第二電極33a的材料的納米碳管是一種純碳組成的中空管結(jié)構(gòu)，具有與金剛 石相同的導(dǎo)熱和獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì)，其有抗張強(qiáng)度高、可彎曲性良好、重量輕、化學(xué)性質(zhì)安定， 并具有絕佳的場發(fā)射效應(yīng)，這些優(yōu)良的特性使其應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，作為導(dǎo)電或強(qiáng)化材料 Z用ο 第一電極31a可以是面狀的電極，形狀不拘，而這些第二電極33a可各自以相同的 一預(yù)設(shè)距離，均勻分布在第一電極31a的表面，以使其所產(chǎn)生的電場能夠較為均勻(如圖3A 中所示)，讓皮膚19中正離子17與負(fù)離子所受的力幾乎是垂直于皮膚19表面，水平分力 小，抽取效率高，如此只需較為少量的電壓施加于第一電極31a和第二電極33a，即足夠用 以抽取葡萄糖。另外，在第二電極33a靠近皮膚19的那一端設(shè)置有半透膜37，如圖3A中所示，半 透膜37和第一電極31a之間會形成容置空間35，該容置空間35容納了這些第二電極33a 以及用來與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)(如葡萄糖氧化酶)。如此一來，這些第二電極33a 和皮膚19的相隔距離便只有半透膜37的厚度，因此只要施加較小的電壓于這些第二電極 33a以及第一電極31a，即足夠利用逆向離子電滲法的原理，將葡萄糖以及間質(zhì)液從皮膚19 抽取出來，透過半透膜37進(jìn)入該容置空間35中與反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。最后將反應(yīng)電流經(jīng) 過測量、分析及換算后，即可得知葡萄糖濃度。值得一提的是，這些第二電極33a可以是柱狀、針狀(tip)、錐狀或片狀的導(dǎo)電物 質(zhì)，除了納米碳管之外，也可以是金屬或是高分子材料等，甚至可以是用一支撐部作為骨干 (可以為導(dǎo)電物質(zhì)或不導(dǎo)電的物質(zhì))并在外表面覆蓋一層導(dǎo)電部的方式制成，利用導(dǎo)電部 作皮膚19上小電壓的供應(yīng)。特別的是，因?yàn)檫@些第二電極33a可以是如納米碳管等微小的 導(dǎo)電物質(zhì)，其可以通過有如印刷電路板或集成電路的接線方式，來對這些第二電極33a施 加電壓。更進(jìn)一步說明，因?yàn)槠つw19的不良刺激大部分都發(fā)生在第一電極31a的周圍電場 線變化較大之處，所以供應(yīng)給這些第二電極33a的電壓，可以依據(jù)其設(shè)置于該第一電極31a 的位置而有所不同。舉例來說，供應(yīng)給越靠近邊緣的第二電極33a的電壓，可以逐漸減弱， 讓皮膚19所受的刺激減少。請參照圖3B，其與圖3A不同之處在于，這些第二電極33a的一端還可穿入半透膜 37’中，讓這些第二電極33a與皮膚更為接近，進(jìn)一步降低所施加的抽取電壓，以節(jié)省電力 消耗，延長非侵入式血糖計的使用時間。接著請參照圖4A，為非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施例的側(cè)視圖，同樣包 含有第一電極31b以及第這些二電極33b。與圖3A不同的是，第一電極31b包含有多個穿 孔32，用來設(shè)置這些第二電極33b。其中這些第二電極33b可以是針狀、柱狀、錐狀及片狀 等，且可以是用納米碳管或其它導(dǎo)電材料制成的電極，甚至是利用一導(dǎo)電部覆蓋于一支撐 部表面的方式制作而成的電極。而這些第二電極33b可以用像是印刷電路板或集成電路的 鍍線方式來作電壓的供應(yīng)。更進(jìn)一步說明，供應(yīng)給這些第二電極33b的電壓，可以依據(jù)其設(shè)置于該第一電極 31b的位置而有所不同。舉例來說，供應(yīng)給越靠近邊緣的第二電極33b的電壓，可以逐漸減 弱，讓皮膚19所受的刺激減少。[0054]這些第二電極33b是以均勻分布并穿過這些穿孔32的方式，設(shè)置于第一電極31b 的表面，且每個第二電極33b都是以同樣高度凸出于第一電極3Ib的表面，使得在施加電壓 時，使皮膚19所承受的電場能夠盡量均勻。如圖4A所示，皮膚19中的正離子17所受的拉 力便會大部分垂直于皮膚19的表面。當(dāng)然，這些第二電極33b與該第一電極31b之間可以 提供一間隔距離或一絕緣物質(zhì)34，讓第一電極31b和第二電極33b不會因?yàn)榛ハ嘟佑|而導(dǎo)通。第一電極31b可以是面狀的電極，形狀不拘，覆蓋于皮膚19上。半透膜37設(shè)置在 第二電極33b靠近皮膚19的那一端，如圖4A中所示，半透膜37和第一電極31b之間會形 成用來置放葡萄糖氧化酶的容置空間35。其中值得一提的是，第二電極33b與葡萄糖氧化 酶是同樣容納于容置空間35中的。如此一來，第二電極33b和皮膚19的相隔距離便只有 半透膜37的厚度，因此只要施加較小的電壓于第二電極33b以及第一電極31b，即能產(chǎn)生足 夠的電場來抽取皮膚19下的葡萄糖，提升抽取效率。請參照圖4B，其與圖4A不同之處在于，這些第二電極33b的一端還可穿入半透膜 37’中，讓這些第二電極33b與皮膚更為接近，進(jìn)一步降低所施加的抽取電壓，以節(jié)省電力 消耗，延長非侵入式血糖計的使用時間。通過對非侵入式血糖計的電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，使電場平均施加在皮膚上，讓離子 受力能盡量垂直于皮膚表面，以減少所需施加的抽取電壓以及減少皮膚的不良刺激。并且， 通過電極的微小化，將電極與皮膚的距離拉近，使血糖機(jī)能夠用更小的電壓即足夠抽取葡 萄糖進(jìn)行分析，以提升葡萄糖抽取的效率并延長非侵入式血糖計的使用時間。以上所述為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的說明與圖式，而本實(shí)用新型的專利權(quán)范圍 應(yīng)以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)，任何本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易思及的變化 或修飾，皆可涵蓋于本申請所界定的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一第一電極，為面狀的電極；多個第二電極，以凸出于該第一電極的表面和平均分布的方式設(shè)置于該第一電極，并且與該第一電極之間不接觸導(dǎo)通；以及一半透膜，設(shè)置于所述第二電極凸出于該第一電極表面的一端，以使該半透膜與該第一電極間形成一容置空間；且所述第二電極凸出于該第一電極表面的部分是容納于該容置空間中。
2.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二電極與該第 一電極之間包含有一間隔距離或一絕緣物質(zhì)，以使所述第二電極與該第一電極不會互相接 觸導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一電極還包含有 多個穿孔。
4.如權(quán)利要求3所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置于該第一電極的 所述第二電極，以穿過所述穿孔的方式凸出設(shè)置于該第一電極的表面。
5.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二電極為柱狀 電極、針狀電極、錐狀電極或片狀電極。
6.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二電極為一納 米碳管。
7.如權(quán)利要求6所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米碳管為相同 長度的納米碳管。
8.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二電極包括一 支撐部以及一導(dǎo)電部，該導(dǎo)電部覆蓋于該支撐部的表面。
9.如權(quán)利要求1所述的非侵入式血糖計電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，該容置空間容納有一 用來與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)。
專利摘要一種非侵入式血糖計的電極結(jié)構(gòu)，包含有第一電極、多個第二電極、以及半透膜，其中第二電極以平均分布的方式設(shè)置于第一電極的表面，讓電場能夠均勻施加于皮膚上。半透膜則是設(shè)置于第二電極凸出于第一電極表面的那端，使半透膜與第一電極間形成容置空間，而容置空間中還放置了用來與葡萄糖進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)，抽取的葡萄糖也是進(jìn)入容置空間中來進(jìn)行反應(yīng)。本實(shí)用新型可改善非侵入式血糖計抽取葡萄糖的電極供應(yīng)電場不均勻的情形，以減少皮膚刺激、延長血糖計使用時間，并提升抽取葡萄糖的效率。
文檔編號A61B5/1477GK201767968SQ20102029165
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者史德智, 唐明中, 洪國永, 王殿臣, 金立德 申請人:長庚醫(yī)學(xué)科技股份有限公司;明志科技大學(xué)