化學鍍製備金電極血糖試紙介紹(上)

 

刊登日期:2022/2/5
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李姿儀、梁供才、陳郁文 / 中央大學化材系;涂耀仁 / 聿新生物科技竹科分公司
 
近幾年來得到糖尿病的人逐漸變多,葡萄糖感測器的需求亦逐漸提高,增進血糖試紙的消耗量。通常血糖計使用的黃金電極是以化學氣相沉積法所製作而成,此方法成本較高。以化學鍍製備金電極血糖試紙,不但成本較低,利用氧化還原的方式上鍍所需金屬薄膜,能得到良好的均勻鍍層,加入酵素後,經由電化學分析結果可知其偵測葡萄糖濃度具有高靈敏性,電流訊號有極高的決定係數。本文將介紹感測器的基本知識,供讀者參考。
 
【內文精選】
前言
近幾年來,因現代人飲食等問題,造成糖尿病(Diabetes)人口數目逐年增加。根據研究報導指出,對比1980及2014年全球罹患糖尿病人口數,發現在不到40年間,全球糖尿病人口增加近4倍,且若趨勢持續,科學家預測全球糖尿病人口數將於2025年突破7億大關。此項研究參與者包括全球將近500位研究學者,並由英國倫敦帝國學院(Imperial College London)及世界衛生組織(World Health Organization; WHO)領導。在考慮年齡、老年人口增加等變因之後,分析結果顯示,1980年全球男性及女性糖尿病人口百分比為4.3%及5%,到了2014年,男女罹患糖尿病百分比分別成長至9%及7.9%;而糖尿病及相關併發症治療等經濟負擔,每年更高達8,250億美元。在血糖檢測儀市場中,歐美市場占全球市場的三分之二,要拓展市場,便需要提高產品品質,增加市場接受度。
 
導電層的分類,主要有導電碳、導電銀、導電金等。導電碳是其中應用極廣、成本低廉的項目,但碳電極的缺點是測試的準確性較低,以金屬電極取代既有的碳電極是目前的市場趨勢。將石墨電極提升為黃金電極(Gold Electrode),是提高產品品質及增加市場接受度的重要關鍵之一。在國際法規中,過去血糖試紙(Blood Glucose Test Strip)誤差值可以達到±20%,但在2016年,歐盟CE及美國FDA規定從±20%誤差值改成為±15%。目前美國市場上的血糖計廠商集中度相當高,由LifeScan、Roche與Abbott就占據80%的市場(如圖一),且大多為---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
2. 目前市售血糖試紙比較 
隨著國際法規變嚴,從原本誤差值20%改成為15%,故原先市售的血糖試紙有符合現行法規只剩下幾家。美國銷售市場主要被Roche和Johnson & Johnson占據一半,而Roche是以銷售黃金電極血糖試紙為主。根據研究顯示,Roche的誤差值(CV%)低,這代表此廠商所研發產品精密度較高。而美國占有率第三高的廠商Abbott,其CV誤差值達2.5%(如表二)。因應現代化與科技進步,為了節省血糖分析方法檢測步驟的時間,且又需使用昂貴的儀器來判讀,對於糖尿病患者是相當不方便的,為了克服這些缺點---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
感測器簡介
感測器(Sensor)主要利用物質在物理現象或化學現象的改變量,輸出成電器量的變化量,得以用顯示器表現出結果。因此,感測器主要分為兩個部分:一是分子辦識單元(Molecular Recognition Unit);二是信號轉換單元(Signal Transduction Unit)(如圖二)。當分子辦識單元或是信號轉換單元可以接受外界環境給予的物理或化學變化產生變化,接著經由信號轉換單元轉換成可記錄的電子訊號,再利用資料擷取儀器,將此訊號利用顯示器表達出來,即可加以分析。此過程就是把人類的視覺、聽覺、觸覺等感官利用機器記錄下來,除了避免人類的主觀意識造成誤差,也讓研究人員遠離危險環境。
 
圖二、感測器基本架構圖
圖二、感測器基本架構圖
 
感測器可以分為生物感測器、物理感測器和化學感測器三大類。這些都對特定待測物質有選擇性,且不同的測量濃度都有不同訊號變化和靈敏度。所以感測器主要須有好的穩定度、對於待測物質所產生的訊號應答時間當然以越短越好,以及同樣條件下,可以得出相同的數據,也就是再現性。
2. 生物感測器
(1) 生物感測器定義與基本結構
生物感測器的定義為「使用固定化的生物分子(Immobilized Biomolecules)結合換能器(Transducer),用來偵測生物體內或生物體外的環境化學物質,或與之起特異性交互作用後產生回應的一種裝置」,也就是說利用生物體(測量物和干擾物)與生物辨識元件的結合,再利用產生的化學或物理現象轉換成電子訊號,來分辨測量物的濃度比例,以此所產生的系統,稱為生物感測器反應系統(如圖四)。而圖五表示---此為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔或《工業材料雜誌》422期。
 
圖五、生物感測器兩大部分
圖五、生物感測器兩大部分
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》422期,更多資料請見下方附檔。

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