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一種智能血糖自我監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2010-12-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

 0 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/166292.htm

  糖尿病是一種常見的代謝內(nèi)分泌疾病,是由于人體內(nèi)缺乏胰島素或其受體異常所致,以高血糖為主要特征,為一種世界范圍內(nèi)的流行疾病。近年來其發(fā)病呈顯著上升趨勢(shì),目前全世界約有10% 的成年人身患此?。郏保?。在我國,糖尿病患者約有4000萬人,目前的治療方式主要是對(duì)病人體內(nèi)的葡萄糖代謝進(jìn)行調(diào)控,臨床治療給藥的重要依據(jù)是病人的血液葡萄糖含量。因此,通過自我監(jiān)測(cè)血糖儀來追蹤、評(píng)估糖尿病的控制是很重要的。特別是自我監(jiān)測(cè)血糖儀可以在醫(yī)院甚至家中方便、迅速地檢出結(jié)果,目前市場(chǎng)血糖儀產(chǎn)品只能給出血糖值,患者要據(jù)此調(diào)整治療方案、飲食控制還存在一定困難。另外,測(cè)試精度、測(cè)試范圍都存在不足。因此,研究精度高、智能化的血糖監(jiān)測(cè)儀器有重要的意義。

 ?。?檢測(cè)原理

  臨床診斷中所用到的大型檢測(cè)儀器由于體積大、價(jià)格昂貴、檢測(cè)過程繁瑣,不適用于中小醫(yī)院、急診和病人對(duì)病情長期的自我監(jiān)測(cè),生物傳感器中酶電極的實(shí)用化便有了快速的進(jìn)步,如葡萄糖、乳酸、膽固醇、尿素、氨基酸用的酶電極正被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)之中。這些傳感器的一個(gè)共性就是利用微生物、酶、抗體等生物材料的分子識(shí)別能力,并以生物材料作為分子識(shí)別元件的傳感器;然后利用試樣液中含有的被檢測(cè)物質(zhì)與酶的反應(yīng)生成的電子來還原受電子體,測(cè)定裝置利用電化學(xué)方法,即測(cè)該受電子體的還原量,進(jìn)行檢測(cè)物質(zhì)的定量分析。

  本儀器的檢測(cè)原理是基于在電極表面固化上葡萄糖氧化酶(GOD),當(dāng)血液滴入血糖測(cè)試電極后,發(fā)生了氧化還原反應(yīng),在反應(yīng)過程中傳輸介質(zhì)中的二價(jià)鐵離子失去電子,發(fā)生了氧化反應(yīng),葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖生成H2O2和葡萄糖酸,H2O2將二價(jià)鐵離子氧化,氧化還原過程中發(fā)生了電子得失現(xiàn)象,在一定電壓的作用下,形成了氧化電流。通過檢測(cè)電流變化與葡萄糖濃度近似呈線性關(guān)系,從而達(dá)到檢測(cè)血糖濃度的目的。具體的反應(yīng)方程式如下:

反應(yīng)方程式

  2 儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

 ?。?1 硬件結(jié)構(gòu)

  整個(gè)儀器系統(tǒng)由酶電極傳感部分、信號(hào)調(diào)理(電流電壓轉(zhuǎn)換、放大濾波部分)、溫度補(bǔ)償部分、液晶顯示部分、單片機(jī)、智能芯片組成,如圖1所示。滴血在酶電極后產(chǎn)生的微電流較小,只能達(dá)到微安量級(jí),不便于測(cè)量和分析,所以將其先轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),然后再進(jìn)行電壓放大。由于來自電源和各種因素干擾信號(hào)產(chǎn)生的系統(tǒng)噪聲影響測(cè)試精度,因而應(yīng)設(shè)計(jì)濾波電路去除干擾信號(hào),使得測(cè)試更加精確。經(jīng)過處理后的電壓值傳送給內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)MSP430中,單片機(jī)經(jīng)過計(jì)算得出血糖的濃度值,再利用液晶將結(jié)果顯示出來。

硬件結(jié)構(gòu)

 ?。?2 主要測(cè)試過程

  檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。儀器開機(jī)上電后,單片機(jī)控制多路開關(guān)S1閉合,前級(jí)運(yùn)放輸入為R1和R2分壓值,設(shè)定為0.4V。根據(jù)跟隨器和理想運(yùn)放特性,此時(shí)后級(jí)輸出不變也為0.4V,經(jīng)過A/D 變換輸入單片機(jī),控制顯示屏顯示“請(qǐng)插入試紙”。當(dāng)系統(tǒng)插入血糖試紙時(shí),S2閉合,R4引入電路。后級(jí)運(yùn)放構(gòu)成同相放大器,調(diào)整R4使電路輸出值為0.6V。經(jīng)過A/D 變換輸入單片機(jī),并控制顯示屏顯示“請(qǐng)滴血”。滴血后產(chǎn)生的電流信號(hào)從“Input”輸入,輸出電壓信號(hào)突變并變換后輸入單片機(jī),反應(yīng)結(jié)束后根據(jù)電壓變化計(jì)算出血糖值并顯示。

檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路


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