专利名称：一种手持式多参数现场快速生化检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器检测技术领域，是一种手持式多参数现场快速生化检测仪，可做人体血液生化指标检测，能够测量包括血糖、血乳酸、血酮体等多种参数。
背景技术：
医学临床上经常要对病人的血液生化指标进行检测，检测方法通常有比色法和电化学检测法。其中比色法所花费时间长，程序烦琐，并且设备一般都比较大，不宜于便携。 利用带有酶的生物传感器可以方便的实现血液中生化指标的检测，这种检测方法响应时间短，特异性高，能够实现血液中各种生化指标的现场快速检测。最常见的应用就是现在市面上各种手持式的血糖仪。目前基于生物传感器的单参数检测仪具有操作简单，仪表便携的特点。但是相应的设备只能测试一种生化参数，不能满足多参数测量的要求。基于生物传感器的多参数生化检测仪，是通过使用者的操作实现了多参数的依次测量，具有使用复杂的特点，并且不能同时测量多个参数。即便是具有了便携的特性，也需要相对专业的人员进行严格的操作才能实现多个参数的测量，稍有不慎可能会导致接入的生物传感器与测试电路不匹配从而导致测量无效。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有便携式生化检测仪表存在的问题，公开一种手持式多参数现场快速生化检测仪，从检测试条到便携式仪表提出了一套完整的解决方案，通过在试条上制作三个工作电极，和一个参比电极，构成了一个多工作电极的生物传感器，能够同时检测血液中血糖、血乳酸、血酮体的含量。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种手持式多参数现场快速生化检测仪，其设有多个独立检测的通道，包括多通道检测电路、工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块、单片机；其中，多通道检测电路包括运算放大器0P1-0P6、电阻R1-R3，及独立的三路检测通道； 0P2、0P4、0P6构成电流至电压的转换电路，转换增益由电阻Rl、R2、R3分别控制，根据各个检测通道对应的工作电极输出的电流大小，选择固定的转换电阻；0P1、0P3、0P5构成电压跟随器，将三路信号与后端电路分别隔离，再分别接入模拟-数字转换器(简称ADC)的三个独立输入端；单片机(简称MCU)根据ADC的三路信号分别进行运算处理，使三路信号完全独立；单片机分别与工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块电连接；使用与其配套的检测试条，自动、快速的测量血液的血糖、血乳酸、血酮体；测量结果通过蓝牙模块进行无线数据通讯，同时带有万年历、存储和报警功能。所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其所述工作电压生成电路，包括一个8 位的数字-模拟转换器(简称DAC)和一级电压跟随器0P7，8位的DAC能够输出28 = 256级电压，通过一级电压跟随器将DAC输出电压与后端电路隔离，再接入0P2、0P4、0P6，最后利用运算放大器输入端的“虚短”特性，将电压分别施加于三个工作电极；工作电极上的电压与参比电极上的电压的差形成了试条所需的工作电压，8位 DAC的数字输入由MCU控制。所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其所述配套的检测试条，包括基底、至少四条导电通道、保护层；其中，基底由聚碳酸酯(PC)制成；导电通道固接于基底表面，在导电通道上涂覆修饰层，制成至少三个工作电极和一参比电极；保护层包括双面胶片和聚酯薄膜，双面胶片粘贴在基底上，再覆以内侧修饰有亲水胶的聚酯薄膜，形成一个能快速吸入血液样本的腔体。所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其所述工作电极，修饰有葡萄糖氧化酶层或修饰有乳酸氧化酶层；参比电极，修饰有纳米钼黑层。所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其所述无线蓝牙模块，将测量结果无线发送至电脑或手机，经过电脑转发至互联网或经手机转发至GSM网络，以实现远程测试结果分析和监测。本发明具有以下优点和特点1、自动识别试条。在被测量者滴加血液后，能够自动识别图1和图4所示的7种试条，可以实现血糖、血乳酸、血酮体三参数的同时检测；其中任意两参数的同时检测；其中任意一个参数的检测。适用于多种检测场合。2、多参数同时测量。一个试条加一滴血即可实现血糖、血乳酸、血酮体三个参数的同时测量，减少了被测试者的痛苦，降低了试条等耗材的浪费。同时多参数的集成测量可以有效的降低测试的成本。3、自动、快速测量。本检测仪能够自动感应被测量者血液的滴加，并自动进行测量。血糖需要10秒能输出测量结果、血乳酸需要30秒能输出结果、血酮体需要90秒能输出结果。多参数测量时，测量结果依次输出。4、测量结果自动无线发送。能够将测量结果无线发送至手机和电脑，数据转发至 GSM网络或者互联网，可以实现远程监控。5、本检测仪采用三节AAA型(7#)电池供电。经过低功耗设计，可以使得工作时间大于150小时，便于携带使用。
图1为与本发明配套使用的检测试条结构示意图，为三参数检测试条，其中图Ia为绝缘基底1 ；图Ib为布线示意图；图Ic为保护层7 ；图Id为整体结构图；图2为本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪的电路框图；图3为本发明中检测仪与检测试条的接口示意图；图4为本发明的三种两参数检测试条和三种单参数检测试条示意图；其中图如为血糖、血乳酸的检测试条示意图4b为血糖、血酮体的检测试条示意图；图如为血乳酸、血酮体的检测试条示意图；图4d为血糖的检测试条示意图；图如为血乳酸的检测试条示意图；图4f为血酮体的检测试条示意图；图5本发明检测仪的程序流程图；图6本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪的使用示意图。附图标号说明1为绝缘基底，2为参比电极，3为血糖检测工作电极、4为血乳酸检测工作电极、5为血酮体检测工作电极、6为导电通道、7为保护层。
具体实施例方式本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪，使用与其配套的检测试条。通过在试条上制作三个工作电极，和一个参比电极，构成了一个多工作电极的生物传感器，可以实现同时测量血糖、血乳酸、血酮体。本发明的试条结构，如图1所示。图1中的试条，由基底1、血糖检测工作电极3、血乳酸检测工作电极4、血酮体检测工作电极5、参比电极2、导电通道6、保护层7组成。所述基底1由聚碳酸酯(PC)制成；导电通道6由金溅射在基底1上而成；血糖检测工作电极3是在相应的导电通道上修饰葡萄糖氧化酶制成，血乳酸检测工作电极4是在相应的导电通道上修饰乳酸氧化酶制成，血酮体检测工作电极5是在相应的导电通道上修饰乳酸氧化酶制成；参比电极2通过在导电通道上修饰纳米钼黑而制成；保护层7由双面胶粘贴在基底1上，其上再粘贴一层聚酯薄膜， 在聚酯薄膜的内侧修饰上亲水胶，这样就形成了一个能快速吸入血液样本的腔体。本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪，针对图1所示的检测试条，设计了三个独立检测的通道。三个通道在同一个系统中可以共享同资源，所以成本没有太多的提高。通过低功耗的设计，可以减少由于三个通道的引入所增加的功耗。本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪，针对图1所示的检测试条，设计了一个专用的接口与其进行连接。接口的位置位于检测仪的上部，其结构如图3所示。将图1所示检测试条的导电通道与图3所示的接口对齐，试条朝上插入接口中。接口通过金属构件将导电通道与电路连接，金属构件的数目与导电通道的数目相同，使得检测试条上产生的电信号能够传递到检测仪的电路上。本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪的电路框图如图2所示包括多通道检测电路、工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块、单片机。多通道检测电路由运算放大器0P1-0P6和高精度电阻R1-R3辅以一些辅助元器件构成。其中包含了硬件上独立的三路检测通道，0P2、0P4、0P6构成了电流至电压的转换电路，转换增益由高精度电阻R1、R2、R3分别控制。因此可以根据各个检测通道对应的工作电极输出的电流大小，可以选择固定的转换电阻。0P1、0P3、0P5构成了电压跟随器，将三路信号与后端电路分别隔离，再分别接入模拟-数字转换器(简称ADC)的三个独立输入端。 单片机(简称MCU)中根据ADC的三路信号分别进行运算处理。从而实现了三路信号的完全独立处理。工作电压发生电路由一个8位的数字-模拟转换器(简称DAC)和一级电压跟随器组成。8位的DAC能够输出观=256级电压，通过一级电压跟随器将DAC输出电压与后端电路隔离，再接入0P2、0P4、0P6，最后利用运算放大器输入端的“虚短”特性，将电压分别施加于三个工作电极。工作电极上的电压与参比电极上的电压的差形成了试条所需的工作电压。8位DAC的数字输入由MCU控制，这样就实现了可控的256级电压输出。这样比较传统的多级电阻分压实现可控电压输出，尺寸更小、功耗更低、成本也更低。具体实现的时候， 选用带有DAC的单片机，这样系统的尺寸更小，功耗更低。电源电路由相对独立的数字电源和模拟电源构成。分立的电源设计可以有效降低数字电路对试条信号的影响。蓝牙模块通过UART接口与单片机相连接，是一个相对独立的模块。单片机将测试结果通过蓝牙模块无线的发送至电脑或者手机，可以实现数据的无线上传和下载。再通过电脑转发至互联网或者经过手机转发至GSM网络，可以实现远程测试结果分析和监测。本发明的一种手持式多参数现场快速生化检测仪的显示模块是由大屏幕的液晶显示和驱动芯片构成。液晶显示区域为41 X 25 (mm2)。由于仪表是多参数测量，涉及到各种显示界面，因此选用U8X64的点阵屏幕。通过单片机控制点阵的显示内容，灵活的实现各种显示界面。通过将三参数检测试条接入到本检测仪并且滴加被测试者的血液就能自动在显示屏上显示测试结果。在制作试条时可以制作如图4所示的各种试条。由于本发明检测仪对于三个通道的信号的检测是独立进行的，某一个或者某两个通道的缺失不会影响已有通道的测量。因此，本发明配合图4所示的各种试条可以实现血糖、血乳酸、血酮体中任意两个参数的同时测量或者任意一个参数的测量。本发明检测仪在不使用时处于关机状态。在关机状态按下电源按键检测仪开机。 一段时间不使用之后或者在开机状态按下电源按键，则本发明检测仪进入关机状态。关机状态功耗非常低。单片机选用自带ADC和DAC的MSP430F1611，这样可以进一步减少系统的尺寸和降低系统的功耗。本发明检测仪在开机状态的工作流程图如图5所示。在主控芯片单片机内嵌一个实时操作系统uCOS，可以实现多个任务的同时执行。检测仪开机后首先进行初始化，之后不断的读取各路ADC通道的信号。插入检测试条，并滴加被测试者的血液。对应不同的检测试条，在某一个或某几个通道有电流信号产生，随后进入相应的检测任务。由于内嵌实时操作系统，因此可以实现多个通道的信号同时检测，检测完成之后的结果显示在液晶显示模块上。检测仪的整体外型， 如图6所示。检测完成之后对测量结果进行本地存储和无线发送。无线数据可以发送给电脑也可以发送给手机，通过下一步的数据转发，可以实现远程测量结果的监控。
权利要求
1.一种手持式多参数现场快速生化检测仪，其特征在于，设有多个独立检测的通道，包括多通道检测电路、工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块、单片机；其中，多通道检测电路包括运算放大器0P1-0P6、电阻R1-R3，及独立的三路检测通道；0P2、 0P4、0P6构成电流至电压的转换电路，转换增益由电阻Rl、R2、R3分别控制，根据各个检测通道对应的工作电极输出的电流大小，选择固定的转换电阻；0P1、0P3、0P5构成电压跟随器，将三路信号与后端电路分别隔离，再分别接入模拟-数字转换器的三个独立输入端；单片机根据ADC的三路信号分别进行运算处理，使三路信号完全独立；单片机分别与工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块电连接；使用与其配套的检测试条，自动、快速的测量血液的血糖、血乳酸、血酮体；测量结果通过蓝牙模块进行无线数据通讯，同时带有万年历、存储和报警功能。
2.如权利要求1所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其特征在于，所述工作电压生成电路，包括一个8位的数字-模拟转换器和一级电压跟随器0P7，8位的DAC能够输出 28 = 256级电压，通过一级电压跟随器将DAC输出电压与后端电路隔离，再接入0P2、0P4、 0P6，最后利用运算放大器输入端的“虚短”特性，将电压分别施加于三个工作电极；工作电极上的电压与参比电极上的电压的差形成了试条所需的工作电压，8位DAC的数字输入由MCU控制，MCU内嵌实时操作系统uCOS。
3.如权利要求1所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其特征在于，所述配套的检测试条，包括基底、至少四条导电通道、保护层；其中，基底由聚碳酸酯制成；导电通道固接于基底表面，在导电通道上涂覆修饰层，制成至少三个工作电极和一参比电极；保护层包括双面胶片和聚酯薄膜，双面胶片粘贴在基底上，再覆以内侧修饰有亲水胶的聚酯薄膜，形成一个能快速吸入血液样本的腔体。
4.如权利要求3所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其特征在于，所述工作电极，修饰有葡萄糖氧化酶层或修饰有乳酸氧化酶层；参比电极，修饰有纳米钼黑层。
5.如权利要求1所述的手持式多参数现场快速生化检测仪，其特征在于，所述无线蓝牙模块，将测量结果无线发送至电脑或手机，经过电脑转发至互联网或经手机转发至GSM 网络，以实现远程测试结果分析和监测。
全文摘要
本发明公开了一种手持式多参数现场快速生化检测仪，涉及人体检测技术，包括多通道检测电路、工作电压生成电路、电源电路、蓝牙模块、显示模块、单片机MCU和内嵌于单片机的固件，及与之配合使用的多种检测试条。检测仪能自动识别各种检测试条，以实现以下功能1.血糖、血乳酸、血酮体三参数的同时检测；2.其中任意两参数的同时检测；3.其中任意一个参数的检测。检测仪能够自动、快速的完成检测，并输出检测结果。检测仪内置蓝牙模块，能够自动将检测结果无线发送。三个参数的同时检测可以有效的减少被测试者的出血量和痛苦，同时该多参数生化检测仪还具有自动检测，快速检测，便于携带，待机时间长，无线数据传输等特点。
文档编号G01N33/66GK102539774SQ20101059780
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者刘春秀, 常凌乾, 肖宏辉, 蔡新霞 申请人:中国科学院电子学研究所