具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图，显示为微型化与智能型的尿液感测系统的基本架构方块图。如图1所示，其用以说明本发明微型化与智能型的尿液感测系统的基本架构方块图，本发明微型化与智能型的尿液感测系统1包括：一尿液传感器试片2及一尿液信号检测装置3，所述尿液信号检测装置3包括：一电源供应单元30、一数字控制器31、一无线传送接收电路32、一触发处理单元33以及一感测信号处理单元34。所述尿液信号检测装置3以一系统单芯片(Systemon a Chip；SoC)实现，指所述电源供应单元30、数字控制器31、无线传送接收电路32、触发处理单元33以及感测处理单元34为整合到所述尿液信号检测装置3上的一种集成电路，以此达到微型化的目的。所述电源供应单元30用以供电至所述数字控制器31、无线传送接收电路32、触发处理单元33以及感测信号处理单元34，所述电源供应单元30的线性整流器300用以将输入能量整流成比输入低的直流电压以对所述数字控制器31、无线传送接收电路32、触发处理单元33以及感测信号处理单元34进行供电处理，所述电源供应单元30的单、双电源电压转换器301依所述尿液传感器试片2所欲采用的生物型传感器或非生物型传感器的化学特性来提供单一电源或双电源给所述触发处理单元33以及感测处理单元34，且所述尿液传感器试片2采用三极式(Three-electrode)电化学感测，其中包含工作电极、参考电极与对电极(Counter electrode)，所述尿液信号检测装置3的恒电位仪提供电化学反应所需的电位，阻抗侦测电路量测阻抗变化，即电化学反应产生电流信号，使所述尿液信号检测装置3对待测尿液的物质键结造成的阻值变化量、电压变化或电流变化来分出析例如白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)、心肌旋转蛋白(Troponin I)、运铁蛋白(transferrin)、N-乙酰葡糖胺(N-acetyl-β-d-Glucosaminidase,NAG)、第四型胶原蛋白(Type IV collagen)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、8-羟基脱氧鸟粪嘌呤核(8-hydroxy-2'deoxyguanosine,8-OHdG)等物质浓度的多种物质感测处理，并经由后端设备(例如智能型装置或/及云端服务器数据库)做信号处理与运算。

所述尿液传感器试片2为感测多样心血管与肾脏疾病危险因子的多物质传感器，其具有微流道结构20及多通道结构21，各所述多通道结构21分别设有一生物型传感器(Biosensor)22及一非生物型传感器(Non-biosensor)23，于所述微流道结构20内设置多个微帮浦(Micropump)、微混合器(Micromixer)、用以收容废液的废液槽(Waste chamber)以及用以收容电解质溶液的电解槽(在此未予以图示)，且所述废液槽与电解槽的槽口设有微闸门，用以供所述生物型传感器22被启动感测时进行电化学感测所需的清洗处理程序。于微流道结构20内设置多个微帮浦(Micropump)、微混合器(Micromixer)、废液槽(Wastechamber)以及电解槽，所述多通道结构21用以供一待测尿液进行分流以形成一感测区域，所述生物型传感器22指是生物感测组件(如酵素、抗体…等)将待测尿液的改变量转换成电信号，所述生物型传感器22包括抗体－抗原免疫型、核酸适体(Aptamer)引子修饰、单链可变片段修饰(Single-chain Fv fragment)、酵素型传感器等结构设计。补充说明的是，所述生物型传感器22有些需二次清洗量测改变量，因此透过所述尿液信号检测装置3以数字控制上述微帮浦与微闸门以开通电解槽使收容的电解质溶液清洗电极、并开通所述废液槽来收集废液，而后进行电化学感测；所述非生物型传感器23以非生物感测组件修饰的传感器，包括非生物型传感器、电触媒、分子模版、离子传感器等，由上述尿液传感器试片2的设计结构以检测出尿液中的白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)、心肌旋转蛋白(Troponin I)等物质浓度的多种物质感测功能，使云端设备可透过所述物质浓度进一步演算而推测出罹患心脏疾病与肾脏疾病的风险指数。

本发明微型化与智能型的尿液感测系统1为配合上述多结构的尿液传感器试片2，上述触发处理单元33与感测处理单元34提供了电压检测、电流检测以及阻抗检测而实现生物型以及非生物型传感器的感测处理，而可得到上述尿液中的白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)、心肌旋转蛋白(Troponin I)物质浓度的多种物质感测，如图1所示，所述触发处理单元33包括一电压数字模拟转换器330、一电流数字模拟转换器331、一正弦波产生器332以及一具多通道切换的输出接口333，所述触发处理单元33受控于所述数字控制器31，所述感测信号处理单元34包括模拟数字转换器340、振幅侦测器341、相位侦测器342及一具多通道切换的输入接口343，并将处理信号送至数字控制器31，而所述数字控制器31透过无线传送接收电路32而可与外部的智能型装置(在此未予以图标)进行信号的传送与接收，所述智能型装置例如智能型手机或计算机设备等。

接着，请参阅图2，其用以说明本发明微型化与智能型的尿液感测系统的尿液信号检测装置的触发处理单元端33’以及感测信号处理单元端34’的一实施范例，具体而言，本实施例的触发处理单元端33’为尿液信号检测装置3的传送输出信号的处理构件，而所述感测信号处理单元端34’为尿液信号检测装置3的接收输入信号的处理构件，为简化图式，图2所示的触发端核心电路35为所述尿液信号检测装置3的电源供应单元30、数字控制器31、无线传送接收电路32、电压数字模拟转换器330、电流数字模拟转换器331、正弦波产生器332等的其他处理电路。感测端核心电路36为所述尿液信号检测装置3的模拟数字转换器340、振幅侦测器341以及相位侦测器342等的其他处理电路，所述尿液信号检测装置3的触发处理单元端33’包括一N对1的多工器335以及一刺激信号输出单元334，而所述刺激信号输出单元334至少包括一缓冲器(buffer)3340及一电压与电流转换接口3341，透过所述N对1的多工器335来选择所述尿液感测器试片2上所欲触发的通道结构，并对所欲触发的通道结构提供相应的电压检测、电流检测或阻抗检测以感测出存在于待测尿液中的特定物质浓度，在此须提出说明的是，所述刺激信号输出单元334的缓冲器3341及电压与电流转换接口3341的数量为多个，电压与电流转换接口3341可依照尿液传感器试片特性进行电压电流转换或电流电压转换，提供电压或电流刺激，以实现串行化多个平行电压或电流。

所述尿液信号检测装置3的感测信号处理单元端34’包括一1对N的解多工器345、一取样单元344，而所述取样单元344至少包括一放大器3440及电压与电流转换接口3441。所述放大器3440为一信号放大器并可透过电压与电流转换接口3441还原为感测端核心电路36所需的电压或电流的信号位准。

所述感测端核心电路36针对所述尿液传感器试片2所测得的感测信号进行对应的信号处理，进而得到存在待测尿液中的物质特性，而所述感测端核心电路36针对所述感测信号所进行的信号处理是将所述感测信号分为增益(|Z|)和相位(Φ)这两部分来进行检测，可利于还原出存在于待测尿液中的物质特性及还原用以表示所述物质特性的阻抗，并于检测前，由所述触发端核心电路35注入一微小刺激信号(例如交流电信号I)来至所述尿液传感器试片2的感测区域，并由奥姆定律的原理使所述感测信号处理单元端34’与感测端核心电路36得以感测出所述尿液传感器试片2的感测区域上存在于待测尿液中的物质特性的阻抗Z，如检测信号的振幅与相位。另补充说明的是，前述微小交流电信号可例如为电流、电压或电荷。另补充说明的是，感测端核心电路36的振幅可为电压或电流，以完成电压或电流的检测目的。

一般运作情境如图3所示，首先进行步骤S1，使用者透过所述智能型手机输入所欲选择的量测方式与通道信息，以由所述尿液信号检测装置3的无线传送接收电路32传送给所述数字控制器31进而驱动所述触发处理单元33进行尿液感测处理。

若使用者选择以生物型传感器进行尿液检测，则所述数字控制器31驱动所述触发处理单元33中的正弦波产生器332执行运作，即执行如图3所示的步骤S332的阻抗式量测，以此调整弦波输出频率范围，调整弦波输出振幅；反之，若使用者选择以非生物型传感器进行尿液检测，则所述数字控制器31驱动所述触发处理单元33中的电压数字模拟转换器330或电流数字模拟转换器331进行尿液检测，即执行如图3所示的步骤S330的电压式量测，以此调整输出电压，调整输出时间，另可执行如图3所示的步骤S331的电流式量测，以此调整输出电流，调整输出时间，而采用前述电压数字模拟转换器330或电流数字模拟转换器331得视所述尿液传感器试片2的电化学特性有关系。所述数字控制器31在驱动前述电压、电流或阻抗量测处理的同时也透过所述具多通道切换的输出接口333以分时多工方式收集所述尿液传感器试片2上各感应区域上的电化学反应，如图3的步骤S2所示。

接着，如图3的步骤S3所示，所述感测信号处理单元34的模拟数字转换器340、振幅侦测器341以及相位侦测器342透过所述具多通道切换的输入接口343依据所选择的试片通道以分时多工方式对所述尿液传感器试片2上的各感应区域(感应通道)进行尿液中的白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)与心肌旋转蛋白(Troponin I)浓度信号的感测处理并传回给所述数字控制器31。

由上述图1及图3可知，本发明微型化与智能型的尿液感测系统1的尿液传感器试片2采用微流道与微小化感测片(Sensor)设计，并搭配无线传送接收功能且以集成电路设计的尿液信号检测装置3，进而达成微型化与低功耗的效果，更能直接包装成可携式或随身式的尿液检测产品，例如可整合于便携设备、尿布、尿袋或内裤等产品中，提供用户随时随地进行尿液检测，甚至可以结合于马桶或小便池，而提升为智能型马桶或智能型小便池等，对于现今的尿液检测项目，大多为肾脏疾病的警示，但当发现肾脏有问题时，往往已是心血管疾病的末期，仅能作为提醒治疗，无法于早期进行预防治疗，然而，透过本发明微型化与智能型的尿液感测系统1能适用于各年龄层的使用者进行大范围、快速、初期的心脏疾病与肾脏疾病预测，能真正减低罹患心脏疾病与肾脏疾病的人数，提升国民健康质量。

此外，本发明微型化与智能型的尿液感测系统1的触发处理单元33还具备回授调整的功能，如图4所示，由于尿液传感器试片2以化学反应设计而成，故每一个试片特性并不完全一致而有变异性存在，因此，在所述数字控制器31驱动所述触发处理单元33中的电压数字模拟转换器330、电流数字模拟转换器331或正弦波产生器332对所述尿液传感器试片2进行尿液检测时，会依据所感测到的电流值I1输出一回授调整输出电流至所述电流数字模拟转换器331、会依据所感测到的电压值V1输出一回授调整输出电压至所述电压数字模拟转换器330或会依据所感测到的阻抗值R1输出一回授调整频率与振幅至所述正弦波产生器332，以此达到尿液传感器试片2的校正。

再者，本发明微型化与智能型的尿液感测系统中的尿液传感器试片亦可舍弃设置上述的微流道结构设计，如图5A及5B所示，本实施例的尿液传感器试片2’可利用以电沉积方式(Electrodeposition)将形成生物型传感器或非生物型传感器所必备的催化活性物质修饰于其上，如同前述，当待测尿液已在所述尿液传感器试片2’的待测区域24停留一段时间(例如30分钟或1小时左右)后，用户以清水在所述待测区域24进行清洗，接着，再对所述待测区域24滴上电解质溶液，以使所述电解质溶液与所述待测区域24上的工作电极(W1、W2、W3)、参考电极R与对电极C接触而进行电化学感测，并由分别与所述工作电极(W1、W2、W3)、参考电极R与对电极C连接的多通道21’将感测结果透过接触电极E供所述尿液信号检测装置3进行感测信号处理。在此补充说明的是，本实施例的尿液传感器试片2’与工作电极的数量并不限定为三个，可为更少或更多，端视尿液传感器试片2’所欲感测的尿液物质的数量进行增减。

接着，请参阅图6，其用以说明本发明微型化与智能型的尿液感测系统1透过智能型装置4与云端平台进行信息传输以实现物联网功能服务的一基本架构概念图，如图6所示的云端服务器数据库5内建人工智能算法50，所述人工智能算法50包括：早期肾脏疾病风险评估算法51及心脏疾病风险评估算法52，主要针对所述尿液信号检测装置3所检测到的尿液中的白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)与心肌旋转蛋白(Troponin I)的浓度进行罹患心脏疾病风险程度的演算以及心脏与肾脏疾病的风险评估，并将演算或评估的结果54透过所述智能型装置4的用户接口(APP)40或计算机用户接口，提供医疗人员与使用者，进行医疗检验与居家照护使用。

另外，本发明微型化与智能型的尿液感测系统的尿液传感器试片因具有多通道结构，且各所述多通道结构分别设有非生物型传感器或生物型传感器，因此，可感测到的尿液物质可以更多种，所述多种的物质除了包括上述白蛋白(Albumin)、肌酸酐(Creatinine)、胱抑素C(Cystatin C)、N端脑钠肽前体(NTproBNP)或/及心肌旋转蛋白(Troponin I)，还可以包括运铁蛋白(transferrin)、N-乙酰葡糖胺(N-acetyl-β-d-Glucosaminidase,NAG)、第四型胶原蛋白(Type IV collagen)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)及/或8-羟基脱氧鸟粪嘌呤核(8-hydroxy-2'deoxyguanosine,8-OHdG)等物质，且上述图6的人工智能算法50还可包括：糖尿疾病风险评估算法53，依据所述物质的浓度更可以进行评估糖尿病与肾脏疾病间的风险指数。

此外，本发明微型化与智能型的尿液感测系统1透过无线传送接收电路传输处理与云端服务器数据库5互动下，能随时记录、分析用户的尿液检测纪录，并于用户就诊时，提供长期、大量且客观的尿液检测数据给医师，提供医师做为辅助诊断的参考。综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。