專利名稱：一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物傳感器檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，可做人體血液生化指標(biāo)檢測，能夠測量包括血糖、血乳酸、血酮體等多種參數(shù)。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)臨床上經(jīng)常要對病人的血液生化指標(biāo)進行檢測，檢測方法通常有比色法和電化學(xué)檢測法。其中比色法所花費時間長，程序煩瑣，并且設(shè)備一般都比較大，不宜于便攜。 利用帶有酶的生物傳感器可以方便的實現(xiàn)血液中生化指標(biāo)的檢測，這種檢測方法響應(yīng)時間短，特異性高，能夠?qū)崿F(xiàn)血液中各種生化指標(biāo)的現(xiàn)場快速檢測。最常見的應(yīng)用就是現(xiàn)在市面上各種手持式的血糖儀。目前基于生物傳感器的單參數(shù)檢測儀具有操作簡單，儀表便攜的特點。但是相應(yīng)的設(shè)備只能測試一種生化參數(shù)，不能滿足多參數(shù)測量的要求?；谏飩鞲衅鞯亩鄥?shù)生化檢測儀，是通過使用者的操作實現(xiàn)了多參數(shù)的依次測量，具有使用復(fù)雜的特點，并且不能同時測量多個參數(shù)。即便是具有了便攜的特性，也需要相對專業(yè)的人員進行嚴(yán)格的操作才能實現(xiàn)多個參數(shù)的測量，稍有不慎可能會導(dǎo)致接入的生物傳感器與測試電路不匹配從而導(dǎo)致測量無效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有便攜式生化檢測儀表存在的問題，公開一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，從檢測試條到便攜式儀表提出了一套完整的解決方案，通過在試條上制作三個工作電極，和一個參比電極，構(gòu)成了一個多工作電極的生物傳感器，能夠同時檢測血液中血糖、血乳酸、血酮體的含量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其設(shè)有多個獨立檢測的通道，包括多通道檢測電路、工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、單片機；其中，多通道檢測電路包括運算放大器0P1-0P6、電阻R1-R3，及獨立的三路檢測通道； 0P2、0P4、0P6構(gòu)成電流至電壓的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換增益由電阻Rl、R2、R3分別控制，根據(jù)各個檢測通道對應(yīng)的工作電極輸出的電流大小，選擇固定的轉(zhuǎn)換電阻；0P1、0P3、0P5構(gòu)成電壓跟隨器，將三路信號與后端電路分別隔離，再分別接入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)的三個獨立輸入端；單片機(簡稱MCU)根據(jù)ADC的三路信號分別進行運算處理，使三路信號完全獨立；單片機分別與工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊電連接；使用與其配套的檢測試條，自動、快速的測量血液的血糖、血乳酸、血酮體；測量結(jié)果通過藍(lán)牙模塊進行無線數(shù)據(jù)通訊，同時帶有萬年歷、存儲和報警功能。所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其所述工作電壓生成電路，包括一個8 位的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(簡稱DAC)和一級電壓跟隨器0P7，8位的DAC能夠輸出28 = 256級電壓，通過一級電壓跟隨器將DAC輸出電壓與后端電路隔離，再接入0P2、0P4、0P6，最后利用運算放大器輸入端的“虛短”特性，將電壓分別施加于三個工作電極；工作電極上的電壓與參比電極上的電壓的差形成了試條所需的工作電壓，8位 DAC的數(shù)字輸入由MCU控制。所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其所述配套的檢測試條，包括基底、至少四條導(dǎo)電通道、保護層；其中，基底由聚碳酸酯(PC)制成；導(dǎo)電通道固接于基底表面，在導(dǎo)電通道上涂覆修飾層，制成至少三個工作電極和一參比電極；保護層包括雙面膠片和聚酯薄膜，雙面膠片粘貼在基底上，再覆以內(nèi)側(cè)修飾有親水膠的聚酯薄膜，形成一個能快速吸入血液樣本的腔體。所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其所述工作電極，修飾有葡萄糖氧化酶層或修飾有乳酸氧化酶層；參比電極，修飾有納米鉬黑層。所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其所述無線藍(lán)牙模塊，將測量結(jié)果無線發(fā)送至電腦或手機，經(jīng)過電腦轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)或經(jīng)手機轉(zhuǎn)發(fā)至GSM網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程測試結(jié)果分析和監(jiān)測。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和特點1、自動識別試條。在被測量者滴加血液后，能夠自動識別圖1和圖4所示的7種試條，可以實現(xiàn)血糖、血乳酸、血酮體三參數(shù)的同時檢測；其中任意兩參數(shù)的同時檢測；其中任意一個參數(shù)的檢測。適用于多種檢測場合。2、多參數(shù)同時測量。一個試條加一滴血即可實現(xiàn)血糖、血乳酸、血酮體三個參數(shù)的同時測量，減少了被測試者的痛苦，降低了試條等耗材的浪費。同時多參數(shù)的集成測量可以有效的降低測試的成本。3、自動、快速測量。本檢測儀能夠自動感應(yīng)被測量者血液的滴加，并自動進行測量。血糖需要10秒能輸出測量結(jié)果、血乳酸需要30秒能輸出結(jié)果、血酮體需要90秒能輸出結(jié)果。多參數(shù)測量時，測量結(jié)果依次輸出。4、測量結(jié)果自動無線發(fā)送。能夠?qū)y量結(jié)果無線發(fā)送至手機和電腦，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至 GSM網(wǎng)絡(luò)或者互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。5、本檢測儀采用三節(jié)AAA型(7#)電池供電。經(jīng)過低功耗設(shè)計，可以使得工作時間大于150小時，便于攜帶使用。


圖1為與本發(fā)明配套使用的檢測試條結(jié)構(gòu)示意圖，為三參數(shù)檢測試條，其中圖Ia為絕緣基底1 ；圖Ib為布線示意圖；圖Ic為保護層7 ；圖Id為整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀的電路框圖；圖3為本發(fā)明中檢測儀與檢測試條的接口示意圖；圖4為本發(fā)明的三種兩參數(shù)檢測試條和三種單參數(shù)檢測試條示意圖；其中圖如為血糖、血乳酸的檢測試條示意圖4b為血糖、血酮體的檢測試條示意圖；圖如為血乳酸、血酮體的檢測試條示意圖；圖4d為血糖的檢測試條示意圖；圖如為血乳酸的檢測試條示意圖；圖4f為血酮體的檢測試條示意圖；圖5本發(fā)明檢測儀的程序流程圖；圖6本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀的使用示意圖。附圖標(biāo)號說明1為絕緣基底，2為參比電極，3為血糖檢測工作電極、4為血乳酸檢測工作電極、5為血酮體檢測工作電極、6為導(dǎo)電通道、7為保護層。
具體實施例方式本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，使用與其配套的檢測試條。通過在試條上制作三個工作電極，和一個參比電極，構(gòu)成了一個多工作電極的生物傳感器，可以實現(xiàn)同時測量血糖、血乳酸、血酮體。本發(fā)明的試條結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1中的試條，由基底1、血糖檢測工作電極3、血乳酸檢測工作電極4、血酮體檢測工作電極5、參比電極2、導(dǎo)電通道6、保護層7組成。所述基底1由聚碳酸酯(PC)制成；導(dǎo)電通道6由金濺射在基底1上而成；血糖檢測工作電極3是在相應(yīng)的導(dǎo)電通道上修飾葡萄糖氧化酶制成，血乳酸檢測工作電極4是在相應(yīng)的導(dǎo)電通道上修飾乳酸氧化酶制成，血酮體檢測工作電極5是在相應(yīng)的導(dǎo)電通道上修飾乳酸氧化酶制成；參比電極2通過在導(dǎo)電通道上修飾納米鉬黑而制成；保護層7由雙面膠粘貼在基底1上，其上再粘貼一層聚酯薄膜， 在聚酯薄膜的內(nèi)側(cè)修飾上親水膠，這樣就形成了一個能快速吸入血液樣本的腔體。本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，針對圖1所示的檢測試條，設(shè)計了三個獨立檢測的通道。三個通道在同一個系統(tǒng)中可以共享同資源，所以成本沒有太多的提高。通過低功耗的設(shè)計，可以減少由于三個通道的引入所增加的功耗。本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，針對圖1所示的檢測試條，設(shè)計了一個專用的接口與其進行連接。接口的位置位于檢測儀的上部，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。將圖1所示檢測試條的導(dǎo)電通道與圖3所示的接口對齊，試條朝上插入接口中。接口通過金屬構(gòu)件將導(dǎo)電通道與電路連接，金屬構(gòu)件的數(shù)目與導(dǎo)電通道的數(shù)目相同，使得檢測試條上產(chǎn)生的電信號能夠傳遞到檢測儀的電路上。本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀的電路框圖如圖2所示包括多通道檢測電路、工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、單片機。多通道檢測電路由運算放大器0P1-0P6和高精度電阻R1-R3輔以一些輔助元器件構(gòu)成。其中包含了硬件上獨立的三路檢測通道，0P2、0P4、0P6構(gòu)成了電流至電壓的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換增益由高精度電阻R1、R2、R3分別控制。因此可以根據(jù)各個檢測通道對應(yīng)的工作電極輸出的電流大小，可以選擇固定的轉(zhuǎn)換電阻。0P1、0P3、0P5構(gòu)成了電壓跟隨器，將三路信號與后端電路分別隔離，再分別接入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)的三個獨立輸入端。 單片機(簡稱MCU)中根據(jù)ADC的三路信號分別進行運算處理。從而實現(xiàn)了三路信號的完全獨立處理。工作電壓發(fā)生電路由一個8位的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(簡稱DAC)和一級電壓跟隨器組成。8位的DAC能夠輸出觀=256級電壓，通過一級電壓跟隨器將DAC輸出電壓與后端電路隔離，再接入0P2、0P4、0P6，最后利用運算放大器輸入端的“虛短”特性，將電壓分別施加于三個工作電極。工作電極上的電壓與參比電極上的電壓的差形成了試條所需的工作電壓。8位DAC的數(shù)字輸入由MCU控制，這樣就實現(xiàn)了可控的256級電壓輸出。這樣比較傳統(tǒng)的多級電阻分壓實現(xiàn)可控電壓輸出，尺寸更小、功耗更低、成本也更低。具體實現(xiàn)的時候， 選用帶有DAC的單片機，這樣系統(tǒng)的尺寸更小，功耗更低。電源電路由相對獨立的數(shù)字電源和模擬電源構(gòu)成。分立的電源設(shè)計可以有效降低數(shù)字電路對試條信號的影響。藍(lán)牙模塊通過UART接口與單片機相連接，是一個相對獨立的模塊。單片機將測試結(jié)果通過藍(lán)牙模塊無線的發(fā)送至電腦或者手機，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線上傳和下載。再通過電腦轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)或者經(jīng)過手機轉(zhuǎn)發(fā)至GSM網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程測試結(jié)果分析和監(jiān)測。本發(fā)明的一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀的顯示模塊是由大屏幕的液晶顯示和驅(qū)動芯片構(gòu)成。液晶顯示區(qū)域為41 X 25 (mm2)。由于儀表是多參數(shù)測量，涉及到各種顯示界面，因此選用U8X64的點陣屏幕。通過單片機控制點陣的顯示內(nèi)容，靈活的實現(xiàn)各種顯示界面。通過將三參數(shù)檢測試條接入到本檢測儀并且滴加被測試者的血液就能自動在顯示屏上顯示測試結(jié)果。在制作試條時可以制作如圖4所示的各種試條。由于本發(fā)明檢測儀對于三個通道的信號的檢測是獨立進行的，某一個或者某兩個通道的缺失不會影響已有通道的測量。因此，本發(fā)明配合圖4所示的各種試條可以實現(xiàn)血糖、血乳酸、血酮體中任意兩個參數(shù)的同時測量或者任意一個參數(shù)的測量。本發(fā)明檢測儀在不使用時處于關(guān)機狀態(tài)。在關(guān)機狀態(tài)按下電源按鍵檢測儀開機。 一段時間不使用之后或者在開機狀態(tài)按下電源按鍵，則本發(fā)明檢測儀進入關(guān)機狀態(tài)。關(guān)機狀態(tài)功耗非常低。單片機選用自帶ADC和DAC的MSP430F1611，這樣可以進一步減少系統(tǒng)的尺寸和降低系統(tǒng)的功耗。本發(fā)明檢測儀在開機狀態(tài)的工作流程圖如圖5所示。在主控芯片單片機內(nèi)嵌一個實時操作系統(tǒng)uCOS，可以實現(xiàn)多個任務(wù)的同時執(zhí)行。檢測儀開機后首先進行初始化，之后不斷的讀取各路ADC通道的信號。插入檢測試條，并滴加被測試者的血液。對應(yīng)不同的檢測試條，在某一個或某幾個通道有電流信號產(chǎn)生，隨后進入相應(yīng)的檢測任務(wù)。由于內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)，因此可以實現(xiàn)多個通道的信號同時檢測，檢測完成之后的結(jié)果顯示在液晶顯示模塊上。檢測儀的整體外型， 如圖6所示。檢測完成之后對測量結(jié)果進行本地存儲和無線發(fā)送。無線數(shù)據(jù)可以發(fā)送給電腦也可以發(fā)送給手機，通過下一步的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程測量結(jié)果的監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其特征在于，設(shè)有多個獨立檢測的通道，包括多通道檢測電路、工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、單片機；其中，多通道檢測電路包括運算放大器0P1-0P6、電阻R1-R3，及獨立的三路檢測通道；0P2、 0P4、0P6構(gòu)成電流至電壓的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換增益由電阻Rl、R2、R3分別控制，根據(jù)各個檢測通道對應(yīng)的工作電極輸出的電流大小，選擇固定的轉(zhuǎn)換電阻；0P1、0P3、0P5構(gòu)成電壓跟隨器，將三路信號與后端電路分別隔離，再分別接入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的三個獨立輸入端；單片機根據(jù)ADC的三路信號分別進行運算處理，使三路信號完全獨立；單片機分別與工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊電連接；使用與其配套的檢測試條，自動、快速的測量血液的血糖、血乳酸、血酮體；測量結(jié)果通過藍(lán)牙模塊進行無線數(shù)據(jù)通訊，同時帶有萬年歷、存儲和報警功能。
2.如權(quán)利要求1所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其特征在于，所述工作電壓生成電路，包括一個8位的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器和一級電壓跟隨器0P7，8位的DAC能夠輸出 28 = 256級電壓，通過一級電壓跟隨器將DAC輸出電壓與后端電路隔離，再接入0P2、0P4、 0P6，最后利用運算放大器輸入端的“虛短”特性，將電壓分別施加于三個工作電極；工作電極上的電壓與參比電極上的電壓的差形成了試條所需的工作電壓，8位DAC的數(shù)字輸入由MCU控制，MCU內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)uCOS。
3.如權(quán)利要求1所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其特征在于，所述配套的檢測試條，包括基底、至少四條導(dǎo)電通道、保護層；其中，基底由聚碳酸酯制成；導(dǎo)電通道固接于基底表面，在導(dǎo)電通道上涂覆修飾層，制成至少三個工作電極和一參比電極；保護層包括雙面膠片和聚酯薄膜，雙面膠片粘貼在基底上，再覆以內(nèi)側(cè)修飾有親水膠的聚酯薄膜，形成一個能快速吸入血液樣本的腔體。
4.如權(quán)利要求3所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其特征在于，所述工作電極，修飾有葡萄糖氧化酶層或修飾有乳酸氧化酶層；參比電極，修飾有納米鉬黑層。
5.如權(quán)利要求1所述的手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，其特征在于，所述無線藍(lán)牙模塊，將測量結(jié)果無線發(fā)送至電腦或手機，經(jīng)過電腦轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)或經(jīng)手機轉(zhuǎn)發(fā)至GSM 網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程測試結(jié)果分析和監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種手持式多參數(shù)現(xiàn)場快速生化檢測儀，涉及人體檢測技術(shù)，包括多通道檢測電路、工作電壓生成電路、電源電路、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、單片機MCU和內(nèi)嵌于單片機的固件，及與之配合使用的多種檢測試條。檢測儀能自動識別各種檢測試條，以實現(xiàn)以下功能1.血糖、血乳酸、血酮體三參數(shù)的同時檢測；2.其中任意兩參數(shù)的同時檢測；3.其中任意一個參數(shù)的檢測。檢測儀能夠自動、快速的完成檢測，并輸出檢測結(jié)果。檢測儀內(nèi)置藍(lán)牙模塊，能夠自動將檢測結(jié)果無線發(fā)送。三個參數(shù)的同時檢測可以有效的減少被測試者的出血量和痛苦，同時該多參數(shù)生化檢測儀還具有自動檢測，快速檢測，便于攜帶，待機時間長，無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c。
文檔編號G01N33/66GK102539774SQ20101059780
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉春秀, 常凌乾, 肖宏輝, 蔡新霞 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所