便携式智能自我血糖监测仪器设计方案

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      糖尿病是一种常见的代谢内分泌疾病,是由于人体内缺乏胰岛素或其受体异常所致,以高血糖为主要特征,为一种世界范围内的流行疾病。近年来其发病呈显著上升趋势,目前全世界约有10% 的成年人身患此病[1]。在我国,糖尿病患者约有4000万人,目前的治疗方式主要是对病人体内的葡萄糖代谢进行调控,临床治疗给药的重要依据是病人的血液葡萄糖含量。因此,通过自我监测血糖仪来追踪、评估糖尿病的控制是很重要的。特别是自我监测血糖仪可以在医院甚至家中方便、迅速地检出结果,目前市场血糖仪产品只能给出血糖值,患者要据此调整治疗方案、饮食控制还存在一定困难。另外,测试精度、测试范围都存在不足。因此,研究精度高、智能化的血糖监测仪器有重要的意义。

      1 检测原理

      临床诊断中所用到的大型检测仪器由于体积大、价格昂贵、检测过程繁琐,不适用于中小医院、急诊和病人对病情长期的自我监测,生物传感器中酶电极的实用化便有了快速的进步,如葡萄糖、乳酸、胆固醇、尿素、氨基酸用的酶电极正被广泛地应用于医疗检测之中。这些传感器的一个共性就是利用微生物、酶、抗体等生物材料的分子识别能力,并以生物材料作为分子识别元件的传感器;然后利用试样液中含有的被检测物质与酶的反应生成的电子来还原受电子体,测定装置利用电化学方法,即测该受电子体的还原量,进行检测物质的定量分析。

      本仪器的检测原理是基于在电极表面固化上葡萄糖氧化酶(GOD),当血液滴入血糖测试电极后,发生了氧化还原反应,在反应过程中传输介质中的二价铁离子失去电子,发生了氧化反应,葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖生成H2O2和葡萄糖酸,H2O2将二价铁离子氧化,氧化还原过程中发生了电子得失现象,在一定电压的作用下,形成了氧化电流。通过检测电流变化与葡萄糖浓度近似呈线性关系,从而达到检测血糖浓度的目的。具体的反应方程式如下:

      

    便携式智能自我血糖监测仪器设计方案


     

      2 仪器设计与实现

      2.1 硬件结构

      整个仪器系统由酶电极传感部分、信号调理(电流电压转换、放大滤波部分)、温度补偿部分、液晶显示部分、单片机、智能芯片组成,如图1所示。滴血在酶电极后产生的微电流较小,只能达到微安量级,不便于测量和分析,所以将其先转换成电压信号,然后再进行电压放大。由于来自电源和各种因素干扰信号产生的系统噪声影响测试精度,因而应设计滤波电路去除干扰信号,使得测试更加精确。经过处理后的电压值传送给内置A/D 转换的单片机MSP430中,单片机经过计算得出血糖的浓度值,再利用液晶将结果显示出来。

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