可穿戴血糖仪的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种可穿戴血糖仪。

背景技术：

传统血糖检测方法主要有以下三种：抽取静脉血液进行检测、快速血糖测定仪血糖检测和血糖试纸比色法血糖检测。但这些取血测量法，不仅给患者带来无尽的身体和精神双重折磨外，还容易感染导致更加严重的后果。因此，研制一种微创甚至于无创的血糖浓度测量系统从而减轻糖尿病患者的痛苦是必然的趋势。

可穿戴设备也称可穿戴计算设备，泛指内嵌在服装中，或者以饰品、随身佩带物品形态存在的电子通信类设备。此类设备可以被使用者舒适地穿戴并起到延伸感知、监测状态和提高工作效率的作用。在现有的临床医学实验室检测技术中，生物传感技术由于其操作简便、灵敏度高、分析快速、体型小易于携带、成本低等优势逐渐成为医学领域中的一项新的研究热点。生物传感技术主要应用微电极传感器，同时纳米材料因其具有较好的吸附能力、较大的比表面积、表面活性位点多和催化效率高等特点在生物传感器的制备中发挥着重要的作用，因此纳米微针是实现生物传感技术的最理想器件。

目前出现了很多类型的可穿戴血糖仪，如cn107280686a、cn205795708u、cn107088070a、cn107088070a、cn107174257a中所公开的可穿戴式血糖监测装置，重点均在于优化血糖监测装置的设备组成及信号传递，这也是研究的热点之一。但生物信号的获取才是可穿戴设备的重中之重，以上可穿戴血糖仪使用时血糖监测方式获取生物学信号的过程较复杂。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可穿戴血糖仪，该血糖仪设备简便易携，制作成本不高，测量准确，利用纳米微针实时监测人体内血糖浓度，通过微针上的葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应产生的电子转化为可视的血糖浓度数据进行监测，以实现高精度对血糖的监测，且对人体进行血糖检测时达到微创无痛的程度。

本发明的一种可穿戴血糖仪，包括主体单元，设置于主体单元上的检测单元、数字/模拟电路转换模块、显示器和压力稳定单元；其中，

主体单元可穿戴于人体上；

检测单元包括微针座以及设置于微针座上的若干纳米微针，纳米微针用于接触并微创刺入人体皮肤以测量人体的血糖浓度生物信号，纳米微针包括微针本体以及包裹于微针本体外部的丝素蛋白层，微针本体上还设有葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶包埋于丝素蛋白层的内部；

数字/模拟电路转换模块分别与检测单元和显示器电连接，检测单元采集到的血糖浓度生物信号通过数字/模拟电路转换模块转换后在显示器上显示；

压力稳定单元包括弹性缓冲元件，检测单元通过弹性缓冲元件与主体单元连接。

进一步地，主体单元包括一壳体，检测单元、数字/模拟电路转换模块和压力稳定单元位于壳体内，壳体具有下表面，下表面靠近人体皮肤设置，下表面上设有通孔，纳米微针由通孔内穿出并与人体皮肤接触。

进一步地，通孔的直径小于微针座的直径以将微针座限位于壳体内部。检测单元通过弹性缓冲元件使微针座上的纳米微针向外探出，当微针座与下表面相接触时，纳米微针达到最大程度探出，避免微针过度侵入人体皮肤造成伤害。

进一步地，通孔呈圆形，微针座呈圆形。

进一步地，壳体具有正对下表面设置的上表面，显示器位于上表面上。

进一步地，纳米微针的个数为3个，纳米微针中设有电极，这些电极在接触并微创刺入人体皮肤时分别作为工作电极、辅助电极以及参比电极，工作电极、辅助电极以及参比电极分别与数字/模拟电路转换模块电连接。

进一步地，数字/模拟电路转换模块内部设置有将检测单元所检测的血糖浓度生物信号以电流信号显示的电路结构，接收工作电极(we)、参比电极(re)以及辅助电极(ce)导入的电流后，在模块中进行处理，并在显示器上进行显示。纳米微针表面的丝素蛋白层赋予纳米微针良好的生物相容性。

进一步地，工作电极和参比电极为铂金属电极，辅助电极为银电极。

进一步地，压力稳定单元包括支撑板，支撑板位于壳体内，弹性缓冲元件的一端连接支撑板，另一端连接微针座上远离纳米微针的一侧。

进一步地，葡萄糖氧化酶位于微针本体的针尖上。

进一步地，弹性缓冲元件为弹簧。

进一步地，主体单元为腕表结构，主体单元设有表带，主体单元通过表带穿戴于人体上。腕带式可穿戴设备具有显示屏小、可实现随时测量、与用户肢体运动关系高度密切等优点。

进一步地，显示器为led显示屏。

进一步地，纳米微针的长度为500nm～1000nm，丝素蛋白层201的厚度为100nm～20μm，葡萄糖氧化酶的为0.05～5u/个。

本发明的检测单元利用丝素蛋白层包埋葡萄糖氧化酶。葡萄糖氧化酶催化体液内葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在铂电极表面氧化生成氧气，并释放电子，电子随铂电极转移形成电流。因此电流强度与葡萄糖浓度成正比，可以转变反应体液内葡萄糖水平。利用本发明的可穿戴血糖仪监测血糖时，只需将主体单元穿戴于人体上，将带有纳米微针的一面与人体接触，纳米微针会微创刺入人体皮肤内，纳米微针上的葡萄糖氧化酶与体液内葡萄糖反应后产生电子并形成电流，该电流信号传输至数字/模拟电路转换模块，其将电流信号进行处理后转换为数字信号，该数字信号显示于显示器上，使监测者可以直接由显示器获取血糖浓度数据。此外，可穿戴血糖仪与人体体液的接触是实现葡萄糖水平长时间实时监测的关键，本发明创新性地采用压力稳定单元，可解决可穿戴血糖仪无法与人体长期稳定接触的问题。本发明利用含有葡萄糖氧化酶的丝素包覆的纳米微针使人体皮肤下的葡萄糖通过化学反应产生电子，将电流导入数字/模拟电路转换模块，经过模块内运算在电子显示器上显示出实时血糖浓度。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1.本发明的可穿戴血糖仪的纳米微针结构，不仅结构简单、适应性强、成本较低，而且通过微创方式使微针传感器与体液接触，以实现在微创的程度下持续不断的对浓度进行实时监测，同时突破了传统血糖监测方式过程复杂的缺点，方便使用者及时了解身体情况，避免因发现问题过晚而导致对健康的损害。

2.本发明突破传统监测血糖方式不精确的问题，利用检测单元和数字/模拟电路转换模块进行化学信号与电信号间的转化，同时结合显示器显示读数，进一步提高可穿戴腕表的实用功能，设备人性化特点更加明显。

3.本发明可实现对血糖浓度的监测实时反映；同时突破传统血糖仪的设计理念，减小了实时监测可穿戴血糖仪的体积、提高实时监测可穿戴血糖仪的精密度、降低了检测血糖的成本；降低检测血糖的复杂度。

4.本发明的压力稳定单元既能保证纳米微针长期以微创程度侵入人体皮肤，同时不会让微针过于突出，对人体造成伤害，又能在纳米微针遇到较大压力时保护其不受损。

5.本发明利用丝素蛋白作为葡萄糖氧化酶的包埋基质，可以长时间保持酶的活性，保证微针传感器有效性，测量结果的有效性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1是可穿戴血糖仪的下表面结构示意图；

图2是可穿戴血糖仪的上表面结构示意图；

图3是可穿戴血糖仪拆分状态结构示意图(未图示表带)；

图4是检测单元的结构示意图。

附图标记说明：

1-主体单元；3-显示器；4-数字/模拟电路转换模块；5-导线；11-下表面；12-通孔；13-表带；14-上表面；20-纳米微针；21-微针座；60-弹性缓冲元件；61-支撑板；200-微针本体；201-丝素蛋白层；202-电极片。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

参见附图，本发明一较佳实施例的一种可穿戴血糖仪，包括主体单元1，设置于主体单元1上的检测单元、数字/模拟电路转换模块4、显示器3和压力稳定单元。

其中，主体单元1为腕表结构，主体单元1设有表带13，主体单元1通过表带13穿戴于人体上。主体单元1包括一壳体，检测单元、数字/模拟电路转换模块4和压力稳定单元位于壳体内，壳体具有相对设置的上表面14和下表面11，下表面11靠近人体皮肤设置，下表面11上设有圆形的通孔12。显示器3为led显示屏，其固定于主体单元1的上表面14上。

检测单元包括微针座21以及设置于微针座21上的3个纳米微针20，纳米微针20用于接触并微创刺入人体皮肤以测量人体的血糖浓度生物信号，纳米微针20由主体单元1下表面11的通孔12内穿出并与人体皮肤接触。微针座21为一圆形板。主体单元1的下表面11上的通孔12的直径小于微针座21的直径以将微针座21限位于壳体内部，防止微针过度探出。当微针座21与下表面11相接触时，纳米微针20达到最大程度探出，避免微针过度侵入人体皮肤造成伤害。

纳米微针20包括锥形的微针本体200以及包裹于微针本体200外部的丝素蛋白层201，各微针本体200内部插入式的连接有电极片202，电极片202分别通过导线5与数字/模拟电路转换模块4电连接。由靠近至远离微针座21的方向，微针本体200的宽度依次减小。微针本体200的针尖上还设有葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶包埋于丝素蛋白层201的内部。优选的，纳米微针20的长度为500nm～1000nm，丝素蛋白层201的厚度为100nm～20μm，葡萄糖氧化酶的为0.05～5u/个。微针本体200的针尖起提供葡萄糖氧化酶以及传递电子的作用，丝素蛋白层201起保护微针本体200、包埋葡萄糖氧化酶以及提供良好的生物相容性的作用。通过在3个纳米微针20内插入不同材质的电极片202，使得纳米微针20分别作为工作电极、辅助电极以及参比电极。其中，工作电极、参比电极的电极片202使用铂金属，辅助电极的电极片202使用银，电极片202起传递电流的作用。

数字/模拟电路转换模块4除了与检测单元的电极片202电连接，还通过导线5和显示器3在主体单元1的壳体内部实现电连接，检测单元采集到的血糖浓度生物信号通过数字/模拟电路转换模块4转换后在显示器3上显示，对血糖的监测更直观。数字/模拟电路转换模块4内部设置有将检测的血糖浓度以电流信号显示的电路结构，接收工作电极、参比电极以及辅助电极导入的电流后，在模块中进行处理，转化为数字信号。

压力稳定单元包括弹性缓冲元件60和支撑板61，支撑板61位于壳体内，弹性缓冲元件60的一端固定连接支撑板61，另一端连接微针座21上远离纳米微针20的一侧。检测单元通过弹性缓冲元件60使微针座21上的纳米微针20向外探出。优选弹性缓冲元件60为弹簧。

利用本发明的可穿戴血糖仪监测血糖时，只需将主体单元1穿戴于人体上，将带有纳米微针20的一面与人体接触，纳米微针20会微创刺入人体皮肤内，纳米微针20上的葡萄糖氧化酶与体液内葡萄糖反应后产生电子并形成电流，该电流信号传输至数字/模拟电路转换模块4，其将电流信号进行处理后转换为数字信号，该数字信号显示于显示器3上，使监测者可以直接由显示器3获取血糖浓度数据。

本发明利用含有葡萄糖氧化酶的丝素包覆的纳米微针20使人体皮肤下的葡萄糖通过化学反应产生电子，将电流导入数字/模拟电路转换模块4，经过数字/模拟电路转换模块4的运算在显示器3上显示出实时血糖浓度。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。