專利名稱：可調(diào)式生物傳感器的控制電路及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物傳感器；特別是一種可調(diào)整控制電路接收的受測信號增益大小的生物傳感器，即可調(diào)式生物傳感器的控制電路及其測量方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，利用特定酵素催化反應(yīng)的各種生物傳感器已經(jīng)被發(fā)展出來使用于醫(yī)療用途上。此種生物傳感器的一種用途是用于糖尿病的治療上，以幫助糖尿病患者控制本身的血糖含量(血液中葡萄糖濃度)在正常的范圍內(nèi)。對于住院糖尿病患者而言，其可在醫(yī)生的監(jiān)督下控制本身的血糖含量在正常范圍內(nèi)。但對于非住院糖尿病患者而言，在缺乏醫(yī)生直接監(jiān)督的情況下，病患本身能自我控制血糖含量則變得非常重要。
血糖含量的自我控制可通過飲食、運動及用藥來達(dá)成。這些治療方式通常在醫(yī)生的監(jiān)督下同時采用。當(dāng)糖尿病患者本身能夠檢測其血糖含量是否在正常范圍時，可幫助患者更有效地自我控制其血糖含量。
圖1顯示一種可供患者自行檢測血糖含量的血糖計，其包括一主測試單元10及一供測量血糖含量的生物芯片12。參圖2所示，為生物芯片12構(gòu)件分解示意圖，其包括前端設(shè)有一電極部1221的一條狀基板122。電極部1221上方覆蓋一反應(yīng)層124、一隔件126及一蓋板128。電極部1221設(shè)有一操作電極1222及一對應(yīng)電極1224包圍此操作電極1222。操作電極1222及對應(yīng)電極1224分別電性連接至位于條狀基板122尾端的一導(dǎo)線1226及導(dǎo)線1228。覆蓋于電極部1221上方的反應(yīng)層124含有鐵氰化鉀(potassium ferricyanide)及氧化(oxidase)，例如葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)。
在使用上述血糖計時，先將生物芯片12插入主測試單元10。然后，患者可以刺胳針扎刺自己的皮膚以滲出血滴，再將滲出的血滴直接滴在已插進(jìn)主測試單元10的生物芯片12端部。此血滴被吸入位于電極部1221上方的反應(yīng)層124，而將反應(yīng)層124溶解，以進(jìn)行一酵素催化反應(yīng)，如下列反應(yīng)式所示
一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀(potassium ferrocyanide)相應(yīng)血液樣品中的葡萄糖濃度而產(chǎn)生。經(jīng)過一段預(yù)定時間后，一作用電壓Vref施予在生物芯片12上，以電化學(xué)反應(yīng)地氧化亞鐵氰化鉀，以釋出電子，而產(chǎn)生一相應(yīng)的反應(yīng)電流通過操作電極1222。此反應(yīng)電流正比于酵素催化反應(yīng)產(chǎn)生的亞鐵氰化鉀濃度或正比于血液樣品中的葡萄糖濃度。通過測量此一反應(yīng)電流即可獲得血液樣品中的葡萄糖濃度。
圖3為圖1所示的血糖計的控制電路示意圖，其中生物芯片12的電極部1221可視做一電阻Rs，作用電壓Vref可由一電池供應(yīng)。生物芯片12產(chǎn)生的一反應(yīng)電流I經(jīng)由一具有一放大電阻Rf的電流/電壓轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換成一輸出電壓Vout。此輸出電壓Vout可以公式(I)表示Vout＝(1+Rf/Rs)Vref(I)，輸出電壓Vout供應(yīng)至一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32。此反應(yīng)電流I的大小隨時間變化而逐漸遞減，形成一條隨時間變化逐漸遞減的放電曲線。一微處理器(microcomputer)34隨時間變化連續(xù)讀取來自模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32的輸出信號，并根據(jù)相應(yīng)此些輸出信號的一內(nèi)定標(biāo)準(zhǔn)的血液樣品葡萄糖放電曲線，求得血液樣品中的一葡萄糖濃度值，再經(jīng)由一液晶顯示器36將此葡萄糖濃度值顯示出來，供患者參考。
然而，此種傳統(tǒng)的血糖計控制電路設(shè)計，電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的增益大小為(1+Rf/Rs)，為一定值，無法視情況而調(diào)整。當(dāng)血液樣品中血糖濃度高時，往往使得輸出電壓Vout超過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32可接受的最大電壓值，而當(dāng)血液樣品中血糖濃度低時，往往使得輸出電壓Vout低于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32可接受的最小電壓值。因此，此種控制電路設(shè)計使得傳統(tǒng)血糖計可測量的血糖濃度范圍變得十分有限。
據(jù)此，亟待提供一種可調(diào)式生物傳感器，通過改變其控制電路設(shè)計，以解決傳統(tǒng)血糖計的缺失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種可調(diào)式生物傳感器，其通過改變其控制電路的電阻組合，以調(diào)整受測信號的增益大小，以使相應(yīng)受測信號的一輸出電壓在可以量測的范圍內(nèi)，進(jìn)而擴(kuò)大被檢測特定成份可以測量的濃度范圍。
本發(fā)明的另一目的為提供一種可調(diào)式生物傳感器的測量方法，其視被檢測特定成份濃度大小而定，以動態(tài)調(diào)整可調(diào)式生物傳感器的增益大小，使相應(yīng)受測信號的一輸出電壓在可以量測的范圍內(nèi)，進(jìn)而擴(kuò)大被檢測特定成份可以測量的濃度范圍。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供一種可調(diào)式生物傳感器的控制電路及其測量方法。本發(fā)明的可調(diào)式生物傳感器的控制電路包括一信號來源端、一第一電路單元、一第二電路單元及一微處理器。信號來源端的一第一端用以接收一模擬信號。此模擬信號相應(yīng)施予在可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生。第一電路單元包括數(shù)個組合電阻及一切換開關(guān)組。信號來源端的一第二端可分別電性耦接于此些組合電阻的一第一端，及此切換開關(guān)組可切換至此些組合電阻任一者。第二電路單元包括一反相放大器及一第一放大電阻。反相放大器的一第一端電性耦接于此切換開關(guān)組的一端，反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端。第一放大電阻的一第一端及一第二端分別電性耦接于反相放大器的第一端及第三端。微處理器電性耦接于此電壓輸出端，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，其中此些組合電阻分別相應(yīng)一輸出電壓對映表。
本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器通過選擇其控制電路上不同的電阻組合，以調(diào)整受測信號的增益大小，使相應(yīng)此受測信號的一輸出電壓在可以量測的電壓范圍值內(nèi)。本發(fā)明并配合內(nèi)建相應(yīng)此些不同電阻組合的數(shù)個輸出電壓對映表于微處理中，以根據(jù)受測信號相應(yīng)的電阻組合所對應(yīng)的輸出電壓對映表，決定受測檢體中特定成份的濃度值。本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的控制電路的電阻組合并不受限于上述的組合電阻類型，凡其它可改變受測信號增益大小的電阻組合皆適用于本發(fā)明控制電路設(shè)計。
本發(fā)明的目的及諸多優(yōu)點通過以下具體實施例的詳細(xì)說明，并參照附圖，將趨于明了。


圖1為一傳統(tǒng)血糖計的外觀示意圖；圖2為圖1傳統(tǒng)血糖計的生物芯片的構(gòu)件分解示意圖；圖3為圖1傳統(tǒng)血糖計的控制電路示意圖；圖4為本發(fā)明一第一具體實施例的控制電路示意圖；圖5為本發(fā)明一第二具體實施例的控制電路示意圖；圖6為本發(fā)明一第三具體實施例的控制電路示意圖；
圖7為本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的測量方法的步驟示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器測量一檢體中一特定成份含量的原理與圖1的現(xiàn)有生物傳感器采用的原理相同，皆是將檢體施予在已插入生物傳感器的主測試單元的生物芯片上，并且利用欲檢測的特定成份與生物芯片上酵素之間的酵素催化反應(yīng)結(jié)果，來測量此特定成份的含量。因此，本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器可隨生物芯片上所含的酵素成份不同，而用以測量不同生物檢體中的不同特定成份。例如，生物芯片上含有葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)時，此可調(diào)式生物傳感器可用以測量血液樣品中的葡萄糖濃度。生物芯片上含有乳酸氧化酶(lactateoxidase)時，此可調(diào)式生物傳感器可用以測量唾液中的乳酸(lacticacid)濃度。以測量血液中的葡萄糖濃度為例，當(dāng)血液樣品滴在本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的生物芯片上時，血液樣品中的葡萄糖與生物芯片上的鐵氰化鉀(potassium ferricyanide)在葡萄糖氧化酶的催化反應(yīng)下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與血液樣品中葡萄糖濃度成正比的一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀(potassium ferrocyanide)。因此，檢體例如血液樣品在生物芯片上一預(yù)定時間后，即檢體的特定成份例如血液樣品中的葡萄糖的酵素催化反應(yīng)完成后，電壓供應(yīng)源，例如一電池，即施予一作用電壓Vref于生物芯片上，以使生物芯片相應(yīng)此特定成份含量產(chǎn)生一反應(yīng)電流，例如此一作用電壓Vref使相應(yīng)血液樣品中葡萄糖濃度的一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀進(jìn)行氧化反應(yīng)，以釋出電子，而產(chǎn)生此相應(yīng)的反應(yīng)電流I。參考圖3所示現(xiàn)有生物傳感器的控制電路示意圖，反應(yīng)電流I經(jīng)由電流/電壓轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換成一相應(yīng)的輸出電壓Vout。此輸出電壓Vout可以公式(I)表示Vout＝(1+Rf/Rs)Vref(I)，根據(jù)公式(I)，可以得知電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的增益大小為(1+Rf/Rs)。因此，若要提高電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的增益，可以通過降低Rs電阻值，例如將一電阻并聯(lián)于Rs，或增加Rf電阻值，例如串聯(lián)一電阻于Rf或選用具較大電阻值的放大電阻來達(dá)成。若要降低電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的增益，可以通過增加Rs電阻值，例如將一電阻串聯(lián)于Rs，或降低Rf電阻值，例如并聯(lián)一電阻于Rf或選用具較小電阻值的放大電阻來達(dá)成。通過改變生物傳感器控制電路的電阻組合，即可調(diào)整電流/電壓轉(zhuǎn)換器30的增益大小。
本發(fā)明提供的可調(diào)式生物傳感器即通過選擇其控制電路不同的組合電阻，調(diào)整相應(yīng)一檢體中一欲檢測特定成份的受測信號增益大小，使受測信號經(jīng)由本發(fā)明控制電路轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的一輸出電壓在本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器可以量測的電壓范圍值內(nèi)。本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器同時配合控制電路的不同組合電阻，于微處理器內(nèi)建個別相應(yīng)的輸出電壓對映表，例如輸出電壓-特定成份濃度對映表及輸出電壓-特定成份放電曲線對映表，再根據(jù)所選擇的組合電阻相應(yīng)的輸出電壓對映表，以決定此特定成份的一濃度值。借助本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器控制電路設(shè)計，即可增加測量的檢體中特定成份濃度范圍。
本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的控制電路設(shè)計通過以下具體實施例配合所附圖式，將予以詳細(xì)說明如下圖4為根據(jù)本發(fā)明一第一具體實施例的可調(diào)式生物傳感器的控制電路示意圖。第一具體實施例的控制電路包括一信號來源端40、一第一電路單元41、一第二電路單元42、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器43、一微處理器44及一液晶顯示器45。信號來源端40的一第一端用以接收一模擬信號，此模擬信號可以是相應(yīng)施予在可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生的反應(yīng)電流I。第一電路單元41包括一第一組合電阻、一第二組合電阻、一第三組合電阻及一切換開關(guān)組，其中第二組合電阻大于第一組合電阻及小于第三組合電阻。第一組合電阻可由并聯(lián)的R1電阻及R3電阻組成，第二組合電阻可由R1電阻組成，及第三組合電阻可由串聯(lián)的R1電阻及R2電阻組成。切換開關(guān)組可由開關(guān)411及開關(guān)412構(gòu)成。信號來源端40的一第二端可分別電性耦接于第一組合電阻、第二組合電阻及第三組合電阻的一第一端，及切換開關(guān)組411及412可切換至第一組合電阻、第二組合電阻及第三組合電阻任一者。第二電路單元42包括一反相放大器421及一第一放大電阻Rf。反相放大器421的一第一端電性耦接于切換開關(guān)組的開關(guān)412一端，及反相放大器421的一第二端電性耦接于一參考電壓Vref，以及反相放大器421的一第三端電性耦接于一電壓輸出端。第一放大電阻Rf的一第一端及一第二端分別電性耦接于反相放大器421的第一端及第三端。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器43電性耦接于此電壓輸出端，將模擬信號經(jīng)由第二電路單元42轉(zhuǎn)換成的一輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。微處理器44接收來自于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器43的輸出信號，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，其中第一組合電阻、第二組合電阻及第三組合電阻分別相應(yīng)一輸出電壓對映表。當(dāng)模擬信號40經(jīng)由第二電路單元42產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓Vout介于一第一預(yù)定電壓與一第二預(yù)定電壓之間，其中第一預(yù)定電壓小于第二預(yù)定電壓，及第一預(yù)定電壓與第二預(yù)定電壓分別為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器43可以接受的最小電壓與最大電壓。此時，切換開關(guān)組411及412切換至第二組合電阻，即開關(guān)411為打開狀態(tài)，開關(guān)412切換至電性耦接于電阻R1。模擬信號即流經(jīng)電阻R1，再送入第二電路單元42的反相放大器421的第一端。在此情況下，輸出電壓Vout即為Vref(1+Rf/R1)，控制電路的電阻組合為(R1，Rf)，及其增益大小為(1+Rf/R1)。微處理器44即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(R1，Rf)的一內(nèi)建的輸出電壓對表，例如輸出電壓-特定成份濃度對映表或輸出電壓-特定成份放電曲線，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout小于第一預(yù)定電壓時，切換開關(guān)組411及412切換至第一組合電阻，此時開關(guān)411為關(guān)閉狀態(tài)，開關(guān)412切換至與電阻R1及電阻R3電性耦接，模擬信號即流經(jīng)電阻R1及電阻R3，再送入第二電路單元42的第一端。在此情況下，輸出電壓Vout即為Vref{1+(Rf(R1+R3)/R1R3)}，控制電路的電阻組合為(并聯(lián)的R1及R3，Rf)，及其增益大小為{1+(Rf(R1+R3)/R1R3)}。微處理器44即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(并聯(lián)的R1及R3，Rf)的一內(nèi)建的輸出電壓對表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout大于第二預(yù)定電壓時，切換開關(guān)組411及412切換至第三組合電阻。此時開關(guān)411為打開狀態(tài)，及開關(guān)412切換至電性耦接于電阻R1及電阻R2。模擬信號即流經(jīng)電阻R1及電阻R2，再送入第二電路單元42的第一端。在此情況下，輸出電壓Vout即為Vref{1+Rf/(R1+R2)}，控制電路的電阻組合為(串聯(lián)的R1及R2，Rf)，及其增益大小為{1+Rf/(R1+R2)}。微處理器44即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(串聯(lián)的R1及R2，Rf)的一內(nèi)建的輸出電壓對表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。上述得到的特定成份濃度值輸出至一顯示器，例如液晶顯示器45，以顯示出來。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一第二具體實施例的可調(diào)式生物傳感器的控制電路示意圖。第二具體實施例的控制電路包括一信號來源端50、一第一電阻R1、一電路單元52、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器53、一微處理器54及一液晶顯示器55。信號來源端50的第一端用以接收一模擬信號，此模擬信號可以是相應(yīng)施予在可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生的反應(yīng)電流I。第一電阻R1的一第一端電性耦接于信號來源端50的一第二端。電路單元52包含一反相放大器521、一第一組合放大電阻、一第二組合放大電阻、一第三組合放大電阻及一切換開關(guān)522。反相放大器521的一第一端電性耦接于第一電阻R1的一第二端，及反相放大器521的一第二端電性耦接于一參考電壓Vref，以及反相放大器521的一第三端電性耦接于一電壓輸出端。第二組合放大電阻大于第一組合放大電阻及小于第三組合放大電阻。第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻的一第一端電性耦接于反相放大器521的第一端，切換開關(guān)522設(shè)于第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻與反相放大器521的第三端之間，切換開關(guān)522可切換至第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻任一者。第一組合放大電阻可以由放大電阻Rf1構(gòu)成，第二組合放大電阻可以由放大電阻Rf2構(gòu)成，及第三組合放大電阻可以由放大電阻Rf3構(gòu)成，其中放大電阻Rf2大于放大電阻Rf1及小于放大電阻Rf3。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器53電性耦接于此電壓輸出端，將模擬信號經(jīng)由電路單元52轉(zhuǎn)換成的一輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。微處理器54接收來自于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器53的輸出信號，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，其中第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻分別對應(yīng)一個別的輸出電壓對映表。當(dāng)模擬信號經(jīng)由電路單元52產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓Vout介于第一預(yù)定電壓與第二預(yù)定電壓之間，切換開關(guān)522切換至第二組合放大電阻，此時輸出電壓Vout即為Vref(1+Rf2/R1)，控制電路的電阻組合為(R1，Rf2)，及其增益大小為{1+Rf2/R1}。微處理器54即根據(jù)相應(yīng)第二組合放大電阻的一內(nèi)建的輸出電壓對表，例如輸出電壓-特定成份濃度對映表或輸出電壓-特定成份放電曲線，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout小于第一預(yù)定電壓時，切換開關(guān)522切換至第三組合放大電阻，此時輸出電壓Vout即為Vref(1+Rf3/R1)，控制電路的電阻組合為(R1，Rf3)，及其增益大小為{1+Rf3/R1}。微處理器54即根據(jù)相應(yīng)第三組合放大電阻的一內(nèi)建的輸出電壓對表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout大于第二預(yù)定電壓時，切換開關(guān)522切換至第一組合放大電阻，此時輸出電壓Vout即為Vref(1+Rf1/R1)，控制電路的電阻組合為(R1，Rf1)，及其增益大小為{1+Rf1/R1}。微處理器54即根據(jù)相應(yīng)第一組合放大電阻的一內(nèi)建的輸出電壓對映表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。上述得到的特定成份濃度值輸出至一顯示器，例如液晶顯示器55，以顯示出來。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一第三具體實施例的可調(diào)式生物傳感器控制電路示意圖。第三具體實施例的控制電路包括一信號來源端60、一第一電路單元61、一第二電路單元62、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器63、一微處理器64及一液晶顯示器65。信號來源端60的第一端用以接收一模擬信號，此模擬信號可以是相應(yīng)施予在可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生的一反應(yīng)電流I。第一電路單元61包括一第一組合電阻、一第二組合電阻、一第三組合電阻及一切換開關(guān)組。切換開關(guān)組可由開關(guān)611及開關(guān)612構(gòu)成，第二組合電阻大于第一組合電阻及小于第三組合電阻。第一組合電阻可以由并聯(lián)的電阻R1及電阻R3構(gòu)成，第二組合電阻可以由電阻R1構(gòu)成，及第三組合電阻可以由串聯(lián)的電阻R1及電阻R2構(gòu)成。信號來源端60的一第二端可分別電性耦接于第一組合電阻、第二組合電阻及第三組合電阻的一第一端，及此切換開關(guān)組可切換至第一組合電阻、第二組合電阻及第三組合電阻任一者。第二電路單元62包含一反相放大器621、一第一組合放大電阻、一第二組合放大電阻、一第三組合放大電阻及一切換開關(guān)622。反相放大器621的一第一端電性耦接于切換開關(guān)組的開關(guān)612一端，反相放大器621的一第二端電性耦接于一參考電壓Vref，及反相放大器621的一第三端電性耦接于一電壓輸出端。第二組合放大電阻大于第一組合放大電阻及小于第三組合放大電阻，第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻的一第一端電性耦接于反相放大器621的第一端，切換開關(guān)622設(shè)于第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻與反相放大器621的第三端之間，切換開關(guān)622可切換至第一組合放大電阻、第二組合放大電阻及第三組合放大電阻任一者。第一組合放大電阻可以由放大電阻Rf1構(gòu)成，第二組合放大電阻可以由放大電阻Rf2構(gòu)成，及第三組合放大電阻可以由放大電阻Rf3構(gòu)成，其中放大電阻Rf2大于放大電阻Rf1及小于放大電阻Rf3。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器63電性耦接于此電壓輸出端，將模擬信號經(jīng)由第二電路單元62轉(zhuǎn)換成的一輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。微處理器64接收來自于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器63的輸出信號，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，分別對應(yīng)控制電路不同的電阻組合。當(dāng)模擬信號經(jīng)由第二電路單元62產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓Vout介于第一預(yù)定電壓與第二預(yù)定電壓之間，第一預(yù)定電壓小于第二預(yù)定電壓，第一電路單元61的切換開關(guān)組611及612切換至第二組合電阻及第二電路單元62的切換開關(guān)622切換至第二組合放大電阻。此時模擬信號流經(jīng)第一電路單元61的電阻R1，再進(jìn)入第二電路單元62的反相放大器621的第一端。在此情況下，控制電路的電阻組合為(R1，Rf2)，及其增益大小為{1+Rf2/R1}，輸出電壓即為Vref(1+Rf2/R1)。微處理器64即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(R1，Rf2)的一內(nèi)建的輸出電壓對映表，例如輸出電壓-特定成份濃度對映表及輸出電壓-特定成份放電曲線對映表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout小于第一預(yù)定電壓時，第一電路單元61的切換開關(guān)組611及612切換至第一組合電阻，及第二電路單元62的切換開關(guān)622切換至第三組合放大電阻。此時模擬信號流經(jīng)第一電路單元61并聯(lián)的電阻R1及R3，再進(jìn)入第二電路單元62的反相放大器621的第一端。在此情況下，控制電路的電阻組合為(并聯(lián)的R1及R3，Rf3)，及其增益大小為{1+(Rf3(R1+R3)/R1R3)}，輸出電壓即為Vref{1+(Rf3(R1+R3)/R1R3)}。微處理器64即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(并聯(lián)的R1及R3，Rf3)的一內(nèi)建的輸出電壓對映表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。當(dāng)輸出電壓Vout大于第二預(yù)定電壓時，第一電路單元61的切換開關(guān)組611及612切換至第三組合放大電阻，及第二電路單元62的切換開關(guān)622切換至第一組合放大電阻。此時，模擬信號流經(jīng)第一電路單元61串聯(lián)的電阻R1及R2，再進(jìn)入第二電路單元62的反相放大器621的第一端。在此情況下，控制電路的電阻組合為(串聯(lián)的R1及R2，Rf1)，及其增益大小為{1+Rf1/(R1+R2)}，輸出電壓即為Vref{1+(Rf1/(R1+R2)}。微處理器64即根據(jù)相應(yīng)電阻組合(串聯(lián)的R1及R2，Rf1)的一內(nèi)建的輸出電壓對表，以決定檢體中被檢測特定成份的一濃度值。上述得到的特定成份濃度值輸出至一顯示器，例如液晶顯示器65，以顯示出來。
本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的控制電路的電阻組合并不受限于上述的組合電阻類型，凡其它可改變受測信號增益大小的電阻組合皆適用于本發(fā)明控制電路設(shè)計。
再者，本發(fā)明同時提供一種可調(diào)式生物傳感器的測量方法。圖7為本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器測量方法的步驟流程圖。首先在步驟71，施予一檢體于本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器上，即將檢體施予在其生物芯片上，此檢體收集自一受測對象。此可調(diào)式生物傳感器相應(yīng)檢體中被檢測的一特定成份產(chǎn)生一反應(yīng)電流。接著，在步驟72，將此反應(yīng)電流送入一具有數(shù)個可選擇增益值的電流/電壓轉(zhuǎn)換器，以轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的一輸出電壓。此電流/電壓轉(zhuǎn)換器可以由一具有數(shù)個可選擇放大電阻的反相放大器構(gòu)成，如圖4的第二電路單元42、圖5的電路單元52及圖6的第二電路單元62。電流/電壓轉(zhuǎn)換器的增益值可通過如圖4、圖5及圖6所示控制電路的不同電阻組合來獲得。之后，在步驟73，判斷此輸出電壓是否介于第一預(yù)定電壓與第二預(yù)定電壓之間，其中第一預(yù)定電壓及第二預(yù)定電壓分別是本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以接受的最小電壓及最大電壓。在步驟74，當(dāng)此輸出電壓介于第一預(yù)定電壓與第二預(yù)定電壓之間，將此輸出電壓經(jīng)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出至微處理器。接著，在步驟77，根據(jù)內(nèi)建于微處理器內(nèi)相應(yīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換器被設(shè)定增益值的一輸出電壓對映表，例如輸出電壓-特定成份濃度對映表及輸出電壓-特定成份放電曲線對映表，以決定受測檢體中此特定成份的一濃度值。如步驟75，當(dāng)此輸出電壓小于第一預(yù)定電壓時，即重新設(shè)定電流/電壓轉(zhuǎn)換器的增益值至大于目前增益值的一可選擇增益值。接著，回到步驟71，將一新的生物芯片插入可調(diào)式生物傳感器的主測試單元中，及重新施予收集自同一受測對象的一檢體于可調(diào)式生物傳感器的生物芯片上。重復(fù)步驟72至77。如步驟76，當(dāng)此輸出電壓大于第二預(yù)定電壓時，即重新設(shè)定電流/電壓轉(zhuǎn)換器的增益值至小于目前增益值的一可選擇增益值。接著，回到步驟71，將一新的生物芯片插入可調(diào)式生物傳感器的主測試單元中，及重新施予收集自同一受測對象的一檢體于可調(diào)式生物傳感器的生物芯片上。重復(fù)步驟72至77。
以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，包括一信號來源端，其一第一端用以接收一模擬信號，該模擬信號相應(yīng)施予在該可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生；一第一電路單元，包括數(shù)個組合電阻及一切換開關(guān)組，該信號來源端的一第二端可分別電性耦接于該等組合電阻的一第一端，及該切換開關(guān)組可切換至該等組合電阻任一者；一第二電路單元，包括一反相放大器及一第一放大電阻，該反相放大器的一第一端電性耦接于該切換開關(guān)組的一端，該反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及該反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端，該第一放大電阻的一第一端及一第二端分別電性耦接于該反相放大器的該第一端及該第三端；及一微處理器，電性耦接于該電壓輸出端，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，其中該等組合電阻分別相應(yīng)一該輸出電壓對映表。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第一電路單元包括一第一組合電阻、一第二組合電阻、一第三組合電阻及該切換開關(guān)組，其中該第二組合電阻大于該第一組合電阻及小于該第三組合電阻，該信號來源端的一第二端可分別電性耦接于該第一組合電阻、該第二組合電阻及該第三組合電阻的一第一端，及該切換開關(guān)組可切換至該第一組合電阻、該第二組合電阻及該第三組合電阻任一者，當(dāng)該模擬信號經(jīng)由該第二電路單元產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓介于一第一預(yù)定電壓與一第二預(yù)定電壓之間，該第一預(yù)定電壓小于該第二預(yù)定電壓，該切換開關(guān)組切換至該第二組合電阻，當(dāng)該輸出電壓小于該第一預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)組切換至該第一組合電阻，及當(dāng)該輸出電壓大于該第二預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)組切換至該第三組合電阻。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第一組合電阻包含并聯(lián)的一第一電阻及一第二電阻。
4.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第二組合電阻包含該第一電阻。
5.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第三組合電阻包含該第一電阻串聯(lián)一第三電阻。
6.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第三組合電阻包含該第一電阻串聯(lián)一第三電阻。
7.如權(quán)利要求6所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的切換開關(guān)組包含一第一開關(guān)及一第二開關(guān)，該第一開關(guān)設(shè)于該第一電阻、該第二電阻與該第三電阻之間，及該第二開關(guān)設(shè)于該第一開關(guān)、該第三電阻與該第二電路單元之間。
8.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份濃度對映表。
9.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份放電曲線對映表。
10.一種可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，包括一信號來源端，其一第一端用以接收一模擬信號，該模擬信號相應(yīng)施予在該可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生；一第一電阻，該第一電阻的一第一端電性耦接于該信號來源端的一第二端；一電路單元，包含一反相放大器、數(shù)個組合放大電阻及一切換開關(guān)，該反相放大器的一第一端電性耦接于該第一電阻的一第二端，該反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及該反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端，該等組合放大電阻的一第一端電性耦接于該反相放大器的該第一端，該切換開關(guān)設(shè)于該等組合放大電阻與該反相放大器的該第三端之間，該切換開關(guān)可切換至該等組合放大電阻任一者；及一微處理器，電性耦接于該電壓輸出端，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，其中該等組合放大電阻分別相應(yīng)一該輸出電壓對映表。
11.如權(quán)利要求10所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的電路單元包含一反相放大器、一第一組合放大電阻、一第二組合放大電阻、一第三組合放大電阻及該切換開關(guān)，該反相放大器的一第一端電性耦接于該第一電阻的一第二端，該反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及該反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端，該第二組合放大電阻大于該第一組合放大電阻及小于該第三組合放大電阻，該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻的一第一端電性耦接于該反相放大器的該第一端，該切換開關(guān)設(shè)于該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻與該反相放大器的該第三端之間，該切換開關(guān)可切換至該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻任一者，當(dāng)該模擬信號經(jīng)由該電路單元產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓介于一第一預(yù)定電壓與一第二預(yù)定電壓之間，該第一預(yù)定電壓小于該第二預(yù)定電壓，該切換開關(guān)切換至該第二組合放大電阻，當(dāng)該輸出電壓小于該第一預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)切換至該第三組合放大電阻，及當(dāng)該輸出電壓大于該第二預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)切換至該第一組合放大電阻。
12.如權(quán)利要求11所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第一組合放大電阻包含一第一放大電阻，該第二組合放大電阻包含一第二放大電阻，及該第三組合放大電阻包含一第三放大電阻，其中該第二放大電阻大于該第一放大電阻及小于該第三放大電阻。
13.如如權(quán)利要求10所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份濃度對映表。
14.如權(quán)利要求10所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份放電曲線對映表。
15.一種可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，包括一信號來源端，其一第一端用以接收一模擬信號，該模擬信號相應(yīng)施予在該可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成份而產(chǎn)生；一第一電路單元，包括數(shù)個組合電阻及一切換開關(guān)組，該信號來源端的一第二端可分別電性耦接于該等組合電阻的一第一端，及該切換開關(guān)組可切換至該等組合電阻任一者；一第二電路單元，包含一反相放大器、數(shù)個組合放大電阻及一切換開關(guān)，該反相放大器的一第一端電性耦接于該切換開關(guān)組的一端，該反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及該反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端，該等組合放大電阻的一第一端電性耦接于該反相放大器的該第一端，該切換開關(guān)設(shè)于該等組合放大電阻的第二端與該反相放大器的該第三端之間，該切換開關(guān)可切換至該等組合放大電阻任一者；及一微處理器，電性耦接于該電壓輸出端，其內(nèi)建有數(shù)個輸出電壓對映表，分別相應(yīng)該可調(diào)式控制電路的不同的電阻組合。
16.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的第一電路單元包括一第一組合電阻、一第二組合電阻、一第三組合電阻及該切換開關(guān)組，其中該第二組合電阻大于該第一組合電阻及小于該第三組合電阻，該信號來源端的一第二端可分別電性耦接于該第一組合電阻、該第二組合電阻及該第三組合電阻的一第一端，及該切換開關(guān)組可切換至該第一組合電阻、該第二組合電阻及該第三組合電阻任一者，及該第二電路單元包含一反相放大器、一第一組合放大電阻、一第二組合放大電阻、一第三組合放大電阻及該切換開關(guān)，該反相放大器的一第一端電性耦接于該第切換開關(guān)組的一端，該反相放大器的一第二端電性耦接于一參考電壓，及該反相放大器的一第三端電性耦接于一電壓輸出端，該第二組合放大電阻大于該第一組合放大電阻及小于該第三組合放大電阻，該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻的一第一端電性耦接于該反相放大器的該第一端，該切換開關(guān)設(shè)于該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻與該反相放大器的該第三端之間，該切換開關(guān)可切換至該第一組合放大電阻、該第二組合放大電阻及該第三組合放大電阻任一者，當(dāng)該模擬信號經(jīng)由該第二電路單元產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓介于一第一預(yù)定電壓與一第二預(yù)定電壓之間，該第一預(yù)定電壓小于該第二預(yù)定電壓，該切換開關(guān)組切換至該第二組合電阻及該切換開關(guān)切換至該第二組合放大電阻，當(dāng)該輸出電壓小于該第一預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)組切換至該第一組合電阻及該切換開關(guān)切換至該第三組合放大電阻，及當(dāng)該輸出電壓大于該第二預(yù)定電壓時，該切換開關(guān)組切換至該第三組合放大電阻及該切換開關(guān)切換至該第一組合放大電阻。
17.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份濃度對映表。
18.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式生物傳感器的控制電路，其特征在于，上述的輸出電壓對映表為一輸出電壓-特定成份放電曲線對映表。
19.一種可調(diào)式生物傳感器測量方法，其特征在于，包括施予一檢體于一可調(diào)式生物傳感器，該可調(diào)式生物傳感器相應(yīng)該檢體中一特定成份產(chǎn)生一反應(yīng)電流及該檢體收集自一受測對象；將該反應(yīng)電流送入一具有數(shù)個可選擇增益值的電流/電壓轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生相應(yīng)的一輸出電壓；判斷該輸出電壓是否介于一第一預(yù)定電壓與一第二預(yù)定電壓之間，該第一預(yù)定電壓小于該第二預(yù)定電壓；及當(dāng)該輸出電壓小于該第一預(yù)定電壓時，設(shè)定該電流/電壓轉(zhuǎn)換器的增益值至大于目前增益值的一該可選擇增益值，及重新施予收集自該受測對象的另一檢體于該可調(diào)式生物傳感器；當(dāng)該輸出電壓介于該第一預(yù)定電壓與該第二預(yù)定電壓之間，將該輸出電壓輸出至一微處理器，根據(jù)該微處理器內(nèi)建的相應(yīng)目前被設(shè)定的該可選擇增益值的一輸出電壓對映表，以決定該檢體中該特定成份的一濃度值；當(dāng)該輸出電壓大于該第二預(yù)定電壓時，設(shè)定該電流/電壓轉(zhuǎn)換器的增益值至小于目前增益值的另一該可選擇增益值，及重新施予收集自該受測對象的另一檢體于該可調(diào)式生物傳感器。
20.如權(quán)利要求19所述的可調(diào)式生物傳感器測量方法，其特征在于，上述的電流/電壓轉(zhuǎn)換器包含一反相放大器電路及其該等可選擇增益值是根據(jù)該反相放大器電路的不同電阻組合而定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)式生物傳感器的控制電路及其測量方法，本發(fā)明的可調(diào)式生物傳感器控制電路包括一信號來源端、一第一電路單元、一第二電路單元及一微處理器，信號來源端的一第一端用以接收一模擬信號，此模擬信號相應(yīng)施予在可調(diào)式生物傳感器的一檢體中一特定成分而產(chǎn)生，本發(fā)明可調(diào)式生物傳感器借助選擇其控制電路上不同的電阻組合，以調(diào)整受測信號的增益大小，使相應(yīng)此受測信號的一輸出電壓在可以量測的電壓范圍值內(nèi)，本發(fā)明并配合內(nèi)建相應(yīng)此些不同電阻組合的數(shù)個輸出電壓對映表于微處理中，以根據(jù)受測信號相應(yīng)的電阻組合所對應(yīng)的輸出電壓對映表，決定受測檢體中特定成分的濃度值。
文檔編號G01N33/66GK1566937SQ03137179
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者黃英俊, 王國任 申請人:力捷電腦股份有限公司