一种生物传感器及其检测方法与流程

本发明涉及生物工程领域，具体来说涉及一种生物传感器及其检测方法。

背景技术：

在对人体或者动物体进行组织液检测时，经常要用到生物传感器。生物传感器一般是用来检测组织液中成分的浓度，生物传感器中的工作电极根据其电流大小不同，适合检测的精准区域也存在差别，如对于不同个体不同浓度范围的组织液成分利用同一种类型的工作电极进行检测，容易出现检测不精准的问题。

例如，糖尿病的主要特点是缓慢持续上升的组织液浓度，为了检测人体血糖浓度，市场上有多种血糖检测仪器。申请号为201180063434.0的中国专利公开了一种检测浓度的方法，该血糖检测系统通过微细的针刺破表皮，直接监测组织液血糖浓度，准确度较高，但是需要刺破人体皮肤，属于微创技术，且耗材极其昂贵。

还有一种通过反离子电渗透法的生物电极，反离子电渗透法通过在表皮施加电场，组织液中的na离子向阴极移动，cl离子向阳极移动，皮肤正常情况下带负电荷，na离子作为主要载体的离子流，将中性葡萄糖分子携带到皮肤表面，实现无创抽取的目的。然而，基于反离子电渗透法的血糖检测产品，存在抽取组织液时轻微刺激皮肤，工作电极测量血糖浓度范围窄、检测不精准的问题。

技术实现要素：

为了解决上述缺陷，本发明了提供一种血糖检测范围大，可自己对检测数据进行校准识别，检测更加精准的生物传感器。

为了达到这种效果，本发明采用的技术方案如下：一种生物传感器，包括衬底，在所述衬底的一面上印刷有电极阵列，所述电极阵列包括用于抽取待检测的人体组织液的抽取电极、用于检测组织液成分的工作电极和用于校准工作电极的工作电压的参比电极以及用于与工作电极形成回路的对电极，所述工作电极设置为多个，多个工作电极的检测区域的大小面积不同。

一般来讲，衬底包括工作区域和接线区域，接线区域上的电线容易对工作区域造成干扰，所以一般在接线区域上覆盖有绝缘层,绝缘层还起到防止连接线短路的作用。

多个工作电极的面积大小不同使得他们具有不同的工作电流，这样多个工作电极就可以测量不同浓度范围组织液参数。一般来讲，工作电极面积越大，其可测量组织液参数的浓度范围越小。

优选的，在所述衬底上设置有多组电极阵列，多组电极阵列分别检测人体不同区域的生物参数。多组电极阵列设置在一个衬底上，在安装时，多组电极阵列覆盖在人体皮肤不同的区域。

优选的，所述多组电极阵列轮流工作。在电极阵列工作时，抽取电极要时刻抽取覆盖区域的人体组织液，为了避免长时间对一个区域的抽取对人体造成创伤，多组电极阵列一般轮流交错工作。

优选的，所述抽取电极设置电极阵列的最外侧并且环绕内侧的电极阵列将内侧的电极阵列“包裹”在内。抽取电极设置在电极阵列的最外侧，工作时，抽取电极抽取表皮的组织液，然后组织液向中间扩散到工作电极区域，便于工作电极吸收检测组织液成分。

优选的，所述抽取电极整体呈“倒u”型，所述工作电极、参比电极和对电极均设置在“倒u”型的抽取电极内，所述“倒u”型抽取电极的开口用来接出接引线。“倒u”型抽取电极的设置使得内部工作电极距离抽取电极的位置都较近，吸取组织液更加均匀准确，便于提高检测精准度。

优选的，所述电极阵列为两组，两组电极阵列对称设置。

优选的，在所述衬底上的工作电极、参比电极、对电极和组织液吸取电极的区域覆盖一层凝胶盘，所述凝胶盘上设置有检测酶。凝胶盘包括聚环氧乙烷、聚乙烯醇(pva)、壳聚糖或琼脂糖；凝胶盘内检测酶成分还包括牛血清蛋白(bsa)和/或缓冲液(pbs)和/或葡萄糖氧化酶(god)和/或防腐剂和/或保湿剂和/或促渗剂和/或络合剂和/或抗干扰剂。检测酶的具体成分可根据具体需要检测人体生物参数调整。

优选的，在所述衬底上接出的导线连接在衬底背面的控制单元上，在所述控制单元的底部还设置有用于将所述控制单元、衬底和凝胶盘固定的固定装置，该固定装置上连接有用于将生物传感器固定在人体皮肤表层的连接带。

为了进一步提高生物传感器在检测时对多个工作电极数据校准的精准度，本发明还提供了一种生物传感器的的检测方法，包括以下步骤：

a、将生物传感器安装在人体皮肤表层；

b、电极阵列开始工作，电极阵列上的抽取电极抽取人体组织液；

c、抽取的组织液扩散至工作电极附近，多个工作电极读取检测数据；

d、电极阵列中不同面积大小的工作电极检测的组织液浓度数据传输给控制单元，控制器将其与预设的测量浓度区间进行对比校准，获取最终检测数值。

优选的，在所述步骤b中，电极阵列为多组，第一组电极阵列先开始工作，待一定时间后另外一组电极阵列开始工作，多组电极阵列在人体不同表皮区域交错循环工作。

优选的，所述c步骤中的测量浓度校准方法如下：

将人体血糖浓度预先分为多个区间，分别为c1、c2……cn，将该数据储存在控制单元的储存器中；

将每个电极阵列上的多个工作电极的工作面积根据测量范围对应血糖浓度的多个区间设置，分别为s1、s2……sn；将该数据储存在控制单元的储存器中；

将s1面积的工作电极定义为c1组织液浓度范围内的标准工作电极，s2面积的工作电极定位为c2组织液浓度范围内的标准工作电极……，sn面积的工作电极定义为cn组织液浓度范围内的标准工作电极，将该数据储存在控制单元的储存器中；

将若干个工作电极测量的数据b1、b2、b3……bn反馈给控制单元，控制单元将其与储存器中的预设数据进行对比，获取最终检测数值。

优选的，其特征在于，其对比方法为：将不同工作测量数据按照预设的浓度区间分布，看测量数据落在预设的那个浓度区间最多：

若测量数据落入最多的浓度区间为一个时，该浓度区间对应的标准工作电极测量的浓度定义为最终测量数值；

若测量数据落入最多的浓度区间为多个时，该多个浓度区间对应的多个标准标准工作电极测量数据的平准值为最终测量数值。

本发明的有益效果是：与现有生物传感器相比，本发明在同一电极阵列上设置有多个工作电极，这样就可以符合不同组织液浓度差异人体的组织液检测，组织液检测范围大；另外，在本发明中还针对多个工作电极同时检测的数据进行了识别校准，该识别校准方法使得检测的数据更加精准。

附图说明

图1为电极阵列结构示意图；

图2为衬底正面结构示意图；

图3为衬底背面结构示意图；

图4为生物传感器安装结构示意图。

图5为生物传感器检测流程示意图。

其中1为衬底，2为电极阵列，3为工作电极，4为抽取电极，5为参比电极|对电极，6为连接线，61为接线部，7为工作区域，8为接线区域，9为绝缘层，10为凝胶盘，11为控制单元，12为固定装置，13为固定带。

具体实施方式

为了便于对本发明的理解，下面结合附图对其进行描述：

如图1-4所示，本发明了提供了一种生物传感器，包括衬底1，在衬底的一面上印刷有电极阵列2，电极阵列2包括用于抽取待检测的人体组织液的抽取电极4、用于检测组织液成分的工作电极3和用于校准工作电极的工作电压的参比电极5以及用于与工作电极形成回路的对电极5，工作电极3设置为多个，多个工作电极的检测区域的大小面积不同。

工作电极3面积大小不同，其工作电流也存在差异，不同工作电流的工作电极在测量时，其检测的组织液等生理参数的范围也不一样。由于不同个体或者相同个体在不同时间周期内其组织液浓度存在差异，采用不同面积大小的工作电极其测试精准度不一样，不同工作电极针对不同范围组织液浓度测量效果存在差异。所以，在本发明中在同一电极阵列上采用多个工作电极，做为优选的实施例，本发明中采用了3个工作电极，如图工作电极31、工作电极32、工作电极33。多个工作电极同时工作，针对不同浓度的组织液范围都可以精准测量。。

在衬底1上，电极阵列2通过连接线6接到衬1底边缘部分形成接线部61，衬底包括工作区域7和接线区域8，由于接线区域连接线上有电流通过，电流信号会对生物电极的检测造成干扰，为了避免这个问题，一般在接线区域上覆盖有绝缘层。根据具体使用场景，电极阵列的连接线可以接到衬底上与电极阵列在同一面的边缘处，也可以接到反面的边缘处。为了避免连接线对电极阵列造成干扰，在连接线通过的非工作区域上覆盖了绝缘层9。

在衬底1上接出的导线连接在衬底背面的控制单元11上，在控制单元的底部还设置有用于将所述控制单元11、衬底1和凝胶盘10固定的固定装置12，该固定装置上连接有用于将生物传感器固定在人体皮肤表层的连接带13。

在本发明中，在同一衬底上设置有多组电极阵列，多组电极阵列覆盖在人体皮肤上不同区域检测，多组电极阵列都可以独立的工作测量。在工作时，每一组电极阵列覆盖的人体皮肤区域不一样，由于生物传感器在皮肤表层工作时间较长，抽取电极如果长时间一致对一个区域进行组织液抽取会给人体造成一定的创伤，为了避免这个问题，在本发明中多组工作电极交错工作，一个电极阵列工作时，其它电极阵列停止工作，避免电极阵列中的抽取电极长时间工作对人体造成创伤。

做为一个比较优选的实施例，电极阵列为两组，两组电极阵列对称设置。当然，电极阵列的具体数量，以及分布的方法都可以根据具体应用场景调整。

一般来讲，抽取电极4设置在电极阵列的最外侧并且环绕内侧的电极阵列将内侧的电极阵列“包裹”在内。抽取电极4设置在电极阵列的最外侧，工作时，抽取电极抽取表皮的组织液，然后组织液向中间扩散到工作电极区域，便于工作电极吸收检测组织液成分。

作为一种实施例，抽取电极整体呈“倒u”型，工作电极、参比电极和对电极均设置在“倒u”型的抽取电极内，所述“倒u”型抽取电极的开口用来接出接引线。“倒u”型抽取电极的设置使得内部工作电极距离抽取电极的位置都较近，吸取组织液更加均匀准确，便于提高检测精准度。当然抽取电极还可以设置成带有开口的“圆”型，其具体形状可以根据实际应用场景和应用需求调整。

在衬底上的工作电极、参比电极、对电极和组织液吸取电极的区域覆盖了一层凝胶盘10，凝胶盘上设置有检测酶。检测酶跟人体组织液发生反应，以到达检测组织液成分浓度的目的。

凝胶盘包括聚环氧乙烷、聚乙烯醇(pva)、壳聚糖或琼脂糖；凝胶盘内检测酶成分还包括牛血清蛋白(bsa)和/或缓冲液(pbs)和/或葡萄糖氧化酶(god)和/或防腐剂和/或保湿剂和/或促渗剂和/或络合剂和/或抗干扰剂。检测酶的具体成分可根据具体需要检测人体生物参数调整。

如图5所示，为了进一步提高生物传感器在检测时对多个工作电极数据校准的精准度，本发明还提供了一种生物传感器的的检测方法，包括以下步骤：

a.将传感器安装在人体皮肤表层；

b.电极工作，电极阵列上的抽取电极抽取人体组织液；

极数组为多组，做为较佳实施例，可以设置成两组，工作时，第一组电极阵列先开始工作，待一定时间后另外一组电极阵列开始工作，两组电极阵列在人体不同表皮区域交错循环工作，这样就可以交错提取不同人体皮肤区域的。组织液，减小对人体的创伤。

c.抽取的组织液扩散至工作电极附近，多个工作电极读取检测数据；

d.电极阵列中不同面积大小的工作电极检测的组织液浓度数据传输给控制单元，控制器将其与预设的测量浓度区间进行对比校准，获取最终检测数值。

组织液浓度预先分为多个区间，分别为c1、c2……cn，将该数据储存在控制单元的储存器中；

数组上的多个工作电极的工作面积根据测量范围对应组织液浓度的多个区间设置，分别为s1、s2……sn；将该数据储存在控制单元的储存器中；

将s1面积的工作电极定义为c1组织液浓度范围内的标准工作电极，s2面积的工作电极定位为c2组织液浓度范围内的标准工作电极……，sn面积的工作电极定义为cn组织液浓度范围内的标准工作电极，将该数据储存在控制单元的储存器中；

将若干个工作电极测量的数据b1、b2、b3……bn反馈给控制单元，控制单元将其与储存器中的预设数据进行对比，获取最终检测数值。

一般来讲，该对比方法为：将不同工作测量数据按照预设的浓度区间分布，看测量数据落在预设的那个浓度区间最多：

若测量数据落入最多的浓度区间为一个时，该浓度区间对应的标准工作电极测量的浓度定义为最终测量数值；

若测量数据落入最多的浓度区间为多个时，该多个浓度区间对应的多个标准标准工作电极测量数据的平准值为最终测量数值。

以上实施例仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限定本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内做出的任何修改、等同替换、改进等均在本发明的保护范围之内。