以電化學阻抗法製作全血凝固量測用傳感器

背景
由於生物組織同時表現出電阻抗和電容抗，所以可以使用生物電阻抗分析法來分析組織液和細胞膜的特徵。生物電阻抗分析之測量原理是基於在電容性細胞膜和細胞電解液之間形成串聯/並聯連接之等效電路。因此，可以檢測到不同身體狀態的不同器官或同一器官之特徵。在臨床手術中，會用到抗凝血藥物來治療患者或方便手術進行，而抗凝藥物之多寡會最先影響到病患生命安全，所以凝血時間的監測便是醫療上重點偵測項目之一。此外許多藥物治療都需要攝入抗凝血劑，但是這些抗凝血劑會改變患者的凝血能力，因此，設計和開發一種簡單的自檢凝血微晶片及相關測量裝置具有臨床和家庭照護用途的雙重意義。

目的
基於此，本研究的目的是設計一種利用電化學阻抗分析的生醫感測晶片，使用一滴血即能測得全血凝固時間，而不會有複雜的離心步驟，也不需大量抽血，並可配合即時監測來取代複雜且昂貴的儀器。

材料與方法
本研究製備尺寸為76×28×1 mm (L×W×H)之壓克力(PMMA)做為晶片基材。在用氧電漿對PMMA表面進行改質後，將具有電極圖案之不鏽鋼遮罩(Shadow mask)覆蓋在PMMA上透過濺鍍技術與Lift-off技術完成晶片。晶片表面之電極位置被砂紙粗糙化，以提供更好的血液樣品附著度。本研究設計多種實驗，例如溫度、肝素抗凝劑、PT和aPTT之實驗來探討晶片之可行性。

結果
當使用100 Hz和40 kHz交流電作為輸入信號時，可於相位時間圖中發現血液凝固之顯著特徵點。從總阻抗Z之數據中，可發現低頻的反折點比高頻明顯，與文獻所記載的結果相符。而從相位分析中，可從低頻與高頻圖譜中發現低頻測到的是血液中的電解質、而高頻則反應細胞膜的狀態。在溫度實驗中，隨著溫度的降低，血液凝固的時間會延長，隨著溫度的升高，血液凝固的時間會縮短。在肝素抗凝劑的實驗中，抗凝劑的濃度越高造成血液凝固時間延長。而在PT和aPTT的實驗中，並找不到特徵點。

結論
對此，在血液凝固時，低頻曲線會上升，高頻曲線會下降，清楚說明了我們亦可從高頻觀察到血液凝固的變化，並不僅單單只能透過低頻圖譜的方式。可證明本研究設計之感測晶片能量測到血液凝固之訊號，對於溫度與抗凝劑是靈敏的，並可藉由相位來觀察凝血情形。這種新設計可以檢測微量體積之血液，節省更多血液樣品，具備高靈敏檢測效率。而目前使用之系統設備，未來可透過整合將其小型化，並由微處理器AD5933作為主要運作系統進行訊號收集，符合醫院或家中之便攜性，以滿足POC (Point-of-Care)之要求。