CN111426737A - 带温度标签的电化学酮体试纸、制备工艺及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供带温度标签的电化学酮体测试纸、制备工艺及使用方法，属于电化学技术领域。所述带温度标签的电化学酮体试纸由带温度标签的酮体试纸基片层、电化学金属电极层、覆盖层、上隔层，由下至上依次贴合而成，所述电化学电极层由电化学工作电极、电化学对电极、满血触发电极、接通电极和温度传感器组成，按照吸血端的顶端距离由近至远的顺序依次设计为电化学工作电极、电化学对电极、满血触发电极、接通电极和温度传感器。本发明首次实现一张集成温度传感器的电化学酮体试纸技术，使得不同类型的试纸，通过对直接的反应区域附近的温度测量，达到自动温补的效果。

Description

带温度标签的电化学酮体试纸、制备工艺及使用方法

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及带温度标签的电化学酮体试纸及使用方法。

背景技术

β-羟丁酸脱氢酶与血液里的酮体发生电化学反应，反应过程中发生的电荷转移形成电流，再由酮体测试仪解析检测到的电流和利用酮体测试仪内部的温度传感器测量温度，结合温补曲线和标准的定标浓度曲线库就可以测量到血液里的酮体浓度。但是如果针对医学手机或者医疗pad这种移动医疗数字终端，由于智能终端本身会发热，内部的温度传感器无法测量到试纸反应区域或反应环境的温度，在这种场景下，需要单独的温补电子卡预先插入智能终端告诉机器测量环境的温度，这极大的增加了测量的成本。

现有技术的方案是，使用相同血酮浓度的质控液在不同环境温度的条件下测试电流值，发现同一血酮浓度下测试得出来的电流值存在较大差异，所得实验数据如下：

表1血酮浓度为0.34mmol/L,温度分别为10℃、17℃、23℃、26℃、 32℃条件下的数据

根据以上的实验数据可以看出，温度对电流值的影响很大，并且测试的温度是环境温度，并不是反应区的温度，加上仪器自身会发热，这样会导致反应区的温度和环境温度并不是相同的，即使通过温度补偿之后也会导致最终的测试结果存在较大的偏差。

同时，在这种场景下，需要单独的温补电子卡预先插入智能终端告诉机器测量环境的温度，这极大的增加了测量的成本。

但是，现有的技术中测量温度的电极对材料的要求非常高，并且还没有技术将温度电极和温度传感器采用印刷工艺制作成相关测量仪器。

综上所述，现有技术存在的问题是，针对医疗终端作为酮体监测终端，普通的酮体试纸不能准确测量血液样本的酮体浓度，因为智能终端自发热问题，导致内部的温度传感器测量温度不准。

发明内容

为克服背景技术中存在的问题，本发明提出温度标签的电化学酮体试纸、制备工艺及使用方法，通过传感器测量试纸反应区的温度实现了自动温度补偿的目的，同时使得测量的结果更为准确。

本发明采用如下技术方案：

带温度标签的电化学酮体测试纸的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.在带温度标签的酮体试纸基片层上印刷电化学金属电极

利用磁控溅射设备，在PET上镀20-50nm的金层，控制溅射气压为 0.5Pa；

步骤2.通过将配好的药液滴在相应的区域

完成蒸镀后，旋转镀一层SU-8光刻胶，利用掩膜版光刻SU-8，被照射的部分可以保留不被SU-8开液洗去，保留着温度测量电极的版图；

步骤3.烘烤过后贴上覆盖层，并在反映区域添加β-羟丁酸脱氢酶，贴上、上隔层；

步骤4.裁切成小条装筒；

与血液里的酮体反应如下：

NADH+Fe³⁺→NAD+H⁺+Fe²⁺。

还包括，带温度标签的电化学酮体试纸，所述带温度标签的电化学酮体试纸由带温度标签的酮体试纸基片层、电化学金属电极层、覆盖层、上隔层由下至上依次贴合而成，所述电化学电极层由电化学工作电极、电化学对电极、开机接通电极、满血触发电极、温度测量电极和温度传感器组成，覆盖层由中隔部与反应区域构成，β-羟丁酸脱氢酶酶布置在覆盖层的反应区域内。

按照距离吸血端的顶端的距离，由近至远的顺序依次为电化学工作电极、电化学对电极、温度传感器、满血触发电极、开机接通电极、温度测量电极，电化学工作电极独立设置与开机接通电极的左侧，电化学工作电极和电化学对电极用于测量特征电流，开机接通电极与满血触发电极相连，开机接通电极与满血触发电极位于电化学工作电极与电化学对电极之间，且开机接通电极位于满血触发电极左侧，电化学对电极右侧设置为温度测量电极，且电化学对电极与温度测量电极通过温度传感器相连，温度测量电极用于测量温度传感器的阻值，从而获知反应区域的温度。

进一步的技术方案是，电化学电极层上的电化学工作电极、电化学对电极、满血触发电极、开机接通电极和温度传感器均为金属电极。

进一步的技术方案是，所述带温度标识试纸基片层采用聚对苯二甲酸二乙酯，聚氯乙烯，聚丙烯中的任意材料。

进一步的技术方案是，所述上隔层的上盖片上端设置有气孔。

还包括本发明所述带温度标签的电化学酮体试纸的使用方法，包括以下步骤：

试纸通过电化学工作电极上固定的酮体酶与血液进行电化学反应，通过对电极采集到特征电流，从而对酮体浓度进行测定，由于是电化学酶法，需要测量反应区域的温度进行温补校准，反应区域的温度由距离区域较近的温度传感器测量所得。通过测量温度传感器的电阻可以确定温度传感器测量的温度，确定反应区域的温度估计，从对应的医学手机里调用预设置的温补曲线，从而对测得的电化学电流进行温度补偿，再利用测量浓度标准曲线库来解析测量血液里的酮体的浓度。

本发明的有益效果：

本发明首次实现了一张适用于医疗终端的带有温度标签的电化学酮体试纸，在电化学电极对和最右侧电极之间增加一个温度传感器，使得酮体试纸本身具有测量反应区域附近的温度的能力，通过酮体试纸测量的温度反馈给智能终端，从而进行准确的温补，使得酮体测量结果准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的温度标签的电化学酮体试纸结构示意图；

图2为带温度标签的酮体试纸基片层示意图；

图3为电化学金属电极层示意图；

图4为覆盖层示意图；

图5为β-羟丁酸脱氢酶层示意图；

图6为上隔层示意图；

图7为本发明印刷温度电极制作流程图。

图1中，

1、带温度标签的酮体试纸基片层；

2、电化学金属电极层；

2-1、电化学工作电极；

2-2、电化学对电极；

2-3、开机接通电极；

2-4、满血触发电极；

2-5、温度测量电极；

2-6、温度传感器；

3、覆盖层，

3-1、中隔部；

3-2、反应区域；

4、β-羟丁酸脱氢酶；

5、上隔层；

5-1、上盖片；

5-2、气孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的带温度标签的电化学酮体试纸包括：带温度标签的酮体试纸基片层1，电化学金属电极层2，覆盖层3，上隔层 5。

如图2、4所示，带温度标签的电化学酮体试纸由带温度标识试纸基片层1，电化学金属电极层2、覆盖层3，上隔层5由下至上依次贴合而成，覆盖层3由中隔部3-1与反应区域3-2构成，酮体酶(β-羟丁酸脱氢酶) 4布置在覆盖层的反应区域3-2内。

如图3所示，电化学金属电极层2包括电化学工作电极2-1，电化学对电极2-2，开机接通电极2-3，满血触发电极2-4，温度测量电极2-5，温度传感器2-6，而且电化学金属电极层2为金属电极。

优选的是带温度标签的酮体试纸基片层1采用聚对苯二甲酸二乙酯，聚氯乙烯，聚丙烯中的任意材料。

优选的是，电化学金属电极层2由电化学工作电极2-1，电化学对电极2-2，开机接通电极2-3，满血触发电极2-4，温度测量电极2-5和温度传感器2-6的金属电极组成。

如图5、6所示，且按照距离吸血端的顶端的距离，由近至远的顺序依次是电化学工作电极2-1、电化学对电极2-2、温度传感器2-6、满血触发电极2-4、开机接通电极2-3和温度测量电极2-5，且温度传感器2-6为热敏金属丝。

其中，电化学工作电极2-1独立设置与开机接通电极2-3的左侧，电化学工作电极2-1和电化学对电极2-2用于测量特征电流，开机接通电极 2-3与满血触发电极2-4相连，开机接通电极2-3是当开机插入试纸时，开机接通电极2-3就会作用，仪器上提示请滴血测量的提示；满血触发电极 2-4是提示加血量够不够的作用，要想测试准确，滴加的血量要足够，不足的将会触发2-4，就会提示加样量不够，开机接通电极2-3与满血触发电极2-4位于电化学工作电极2-1与电化学对电极2-2之间，且开机接通电极2-3位于满血触发电极2-4左侧，电化学对电极2-2右侧设置为温度测量电极2-5，且电化学对电极2-2与温度测量电极2-5通过温度传感器 2-6相连，温度测量电极2-5用于测量温度传感器2-6的阻值，从而获知反应区域3-2的温度。

优选的是，上隔层5由上盖片5-1和气孔5-2组成，上盖片5-1上端有气孔5-2。

如图7所示，本发明带温度标签的电化学酮体测试纸的制备工艺为：

步骤1.在带温度标签的酮体试纸基片层上印刷电化学金属电极

利用磁控溅射设备，在PET上镀20-50nm的金层，控制溅射气压为 0.5Pa；

步骤2.通过将配好的药液滴在相应的区域

完成蒸镀后，旋转镀一层SU-8光刻胶，利用掩膜版光刻SU-8，被照射的部分可以保留不被SU-8开液洗去，保留着温度测量电极的版图；

步骤3.烘烤过后贴上中隔亲水膜(覆盖层和上隔层)，并在反映区域添加β-羟丁酸脱氢酶。

步骤4.裁切成小条装筒。

该反应的原理如下：

NADH+Fe³⁺→NAD+H⁺+Fe²⁺

本发明的带温度标签的电化学酮体试纸的使用方法为：

第一步，将试纸的吸血端口靠近新鲜的指尖血，血液会被试纸吸入到反应区域3-2并且充满反应区域3-2，试纸通过电化学工作电极2-1上固定的β-羟丁酸脱氢酶与血液进行电化学反应。

第二步，使用医疗终端(酮体检测仪)通过对电化学工作电极2-1采集到的特征电流，利用浓度和电流的标准对应曲线函数从而对酮体浓度进行测定。

第三步，由于是电化学酶法，需要测量反应区域3-2的温度进行温补校准。反应区域3-2的温度由距离区域较近的温度传感器2-6测量所得。

通过测量温度传感器2-6的电阻可以确定温度传感器2-6的测量的温度，从而确定反应区域3-2的温度估计，从对应的医学手机里调用预设置的温补曲线，从而对测得的电化学电流进行温度补偿，再利用测量浓度标准曲线库来解析测量血液里电化学酮体的浓度。

温度测量电极2-5和温度传感器2-6在滴入血开始测试后，就开始工作测量反应区温度了，并根据所测温度来自动进行温补操作。气孔5-2的作用是当血液进入反应区充满后空气要经过气孔5-2排出来。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述：

带温度标签的酮体试纸基片层1：采用聚对苯二甲酸乙酯(PET)，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)中的任意制成。

电化学电极层2：如电化学工作电极2-1、电化学对电极2-2、开机接通电极2-3、满血触发电极2-4均可选用贵金属。温度传感器2-6选用温敏电阻材料。温度传感器2-6采用温敏电阻材料磁控溅射镀膜的工艺制作。

优选的，温度传感器的温敏电阻材料为铂，铜，铁，镍等。

电化学工作电极2-1和电化学对电极2-2对反应区域3-2内的血液里的酮体进行测量，通过温度传感器2-6测量的温度结果进行温补修正，最终在相应的医疗终端等智能终端上显示酮体浓度测量值。

满血触发电极2-4位于反应区域3-2的最下端，当血液从吸血端口进入后必须达到反应区域3-2底部的满血触发电极2-4试纸才会发出测定倒计时给对应的医疗终端，智能终端开始倒计时测试，满血触发电极2-4的设计可以避免由于血液未灌满整个反应区而引起的测量值不准确；其中一个开机接通电极2-3，当试纸插入相当的智能医学终端后，开机接通电极 2-3与智能医学终端中的中断开电路的两端相连，使得试纸电路与智能医学终端的电路构成完整的回路，智能医学终端将会自动开机，测量完成后抽出试纸条，智能医学终端将会自动关机。

反应区域温度传感器2-6的阻抗由温度决定，根据不同的反应温度，对应不同的阻抗；

提供发生电化学反应的β-羟丁酸脱氢酶4。

上盖片5-1，用来覆盖反应区域3-2，上盖片5-1的前端有一气孔5-2，用来排出血液进入反应区域时的空气。

上盖片5位于中隔部3-1的上端，用来保护反应区域3-2不受外界环境的干扰。

本发明实际操作的具体实施例

实验器材：酮体检测仪模块(医疗终端)，不同浓度梯度的质控液，移液枪

同时从传统的酮体试纸和本发明的酮体试纸中分别随机抽取一部分试纸，质控液的浓度选取5个有梯度的酮体，每一个浓度测试5-10条试纸，测试的外界环境温度为23度，将所测的酮体浓度值取平均值作为该质控液浓度的测量值，并将两者的测试结果做对比，测试结果如下表所示：

表1本发明的酮体试纸测试结果(单位：mmol/L)

表2传统酮体试纸测试结果(单位：mmol/L)

最终，通过两者的测试结果对比可知，本发明的酮体通检测反应区温度进行自动温补的测试结果比传统检测环境温度的酮体试纸的测试结果更准确,与KET的生化值的偏差要小。

温度对测试的结果影响很大，传统的试纸是测试的环境温度，并不是反应区的温度，如果再计入仪器自身的温度，这样导致反应区的温度和环境温度并不相同，即使通过温度补偿也会导致最终的测试结果存在较大的偏差，这种测量方式，需要单独的温补电子卡预先插入智能终端告诉机器测量环境的温度，这极大地增加了测量的成本。

而本发明的试纸通过在电化学电极对和最右侧电极之间增加一个温度传感器，使得酮体试纸本身具有测量反应区域附近的温度的能力，通过酮体试纸测量的温度反馈给智能终端，从而进行准确的温补，使得酮体测量结果更为准确。

本发明所设置的温度传感器是测量的试纸化学反应区的温度，而不是环境温度，因为原有的智能终端都是测量的环境温度，由于仪器发热和化学反应释放热量都可能导致反应区域的温度和环境温度相差较大，导致温度补偿不准确，因此实时测量反应区域温度使得温度补偿更准确从而测量结果更准确，所以温度传感器位置就必须在该位置上，在其他地方就不能测量到反应区域的温度了。

因为传统的试纸无法自动测量反应区温度或者环境温度，并且需要单独地温补电子卡插入只能终端告诉仪器当前的环境温度，缺点就是测量麻烦，另外就是无法测试反应区温度会存在测量不太准的情况，目前的试纸刚好解决了这个问题，可以自动测量反应区温度，检测过程简便，结果也更准确。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.带温度标签的电化学酮体测试纸的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.在带温度标签的酮体试纸基片层上印刷电化学金属电极

利用磁控溅射设备，在PET上镀20-50nm的金层，控制溅射气压为0.5Pa；

步骤2.通过将配好的药液滴在相应的区域

完成蒸镀后，旋转镀一层SU-8光刻胶，利用掩膜版光刻SU-8，被照射的部分保留不被SU-8开液洗去，保留着温度测量电极的版图；

步骤3.烘烤过后贴上覆盖层，并在反映区域添加β-羟丁酸脱氢酶，贴上、上隔层；

步骤4.裁切成小条装筒；

与血液里的酮体反应如下：

NADH+Fe³⁺——→NAD+H⁺+Fe²⁺。

2.带温度标签的电化学酮体试纸，其特征在于，采用如带温度标签的电化学酮体测试纸的制备工艺制成，所述带温度标签的电化学酮体试纸由带温度标签的酮体试纸基片层、电化学金属电极层、覆盖层、上隔层由下至上依次贴合而成，所述电化学电极层由电化学工作电极、电化学对电极、开机接通电极、满血触发电极、温度测量电极和温度传感器组成，覆盖层由中隔部与反应区域构成，β-羟丁酸脱氢酶布置在覆盖层的反应区域内；

按照距离吸血端的顶端的距离，由近至远的顺序依次为电化学工作电极、电化学对电极、温度传感器、满血触发电极、开机接通电极、温度测量电极，电化学工作电极独立设置与开机接通电极的左侧，电化学工作电极和电化学对电极用于测量特征电流，开机接通电极与满血触发电极相连，开机接通电极与满血触发电极位于电化学工作电极与电化学对电极之间，且开机接通电极位于满血触发电极左侧，电化学对电极右侧设置为温度测量电极，且电化学对电极与温度测量电极通过温度传感器相连，温度测量电极用于测量温度传感器的阻值，从而获知反应区域的温度。

3.根据权利要求2所述的带温度标签的电化学酮体试纸，其特征在于，电化学电极层上的电化学工作电极、电化学对电极、满血触发电极、接通电极和温度传感器均为金属电极。

4.根据权利要求2所述的带温度标签的电化学酮体试纸，其特征在于，所述带温度标识试纸基片层采用聚对苯二甲酸二乙酯，聚氯乙烯，聚丙烯中的任意材料。

5.根据权利要求2所述的带温度标签的电化学酮体试纸，其特征在于，所述上隔层的上盖片上端设置有气孔。

6.带温度标签的电化学酮体试纸的使用方法，其特征在于，

步骤1.将试纸的吸血端口靠近新鲜的指尖血，血液会被试纸吸入到反应区并且充满反应区，试纸通过电化学工作电极上固定的β-羟丁酸脱氢酶与血液进行电化学反应，反应过程中发生的电荷转移形成电流；

当血液从顶部进入吸血端后必须达到底部的满血触发电极，试纸才会发出测定倒计时给对应的医疗终端；

步骤2.利用智能医学终端通过对电极采集到特征电流，再结合标准的浓度-电流定标曲线从而对酮体浓度进行测定；

其中一个接通电极，当试纸插入相应的智能医学终端后，开机接通电极与智能医学终端中的中断开电路的两端相连，使得试纸电路与智能医学终端的电路构成完整的回路；

步骤3.利用温度传感器测量反应区域的温度，在测量反应电流的同时也会检测温度传感器的电阻，通过温度传感器的电阻从而确定温度传感器测量的温度，确定区域的温度估计；

反应区域内温度传感器的阻抗由温度决定，根据不同的反应温度，对应不同的阻抗；

步骤4.从对应的医学终端里调用预设置的温补曲线，从而对测得的电化学电流进行温度补偿；

步骤5.再利用测量浓度标准曲线库来解析测量血液里的酮体的浓度。

7.根据权利要求6所述的带温度标签的电化学酮体试纸的使用方法，其特征在于，步骤1中，智能医学终端开始倒计时测试，满血触发电极的设计可以避免由于血液未灌满整个反应区而引起的测量值不准确。

8.根据权利要求6所述的带温度标签的电化学酮体试纸的使用方法，其特征在于，步骤2中，智能医学终端将会自动开机，测量完成后抽出试纸条，智能医学终端将会自动关机。

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