CN105092648A - 用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，包括纹牙生物传感器、通讯模块和微弱信号检测模块，通讯模块分别与纹牙生物传感器的触点和微弱信号检测模块相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号传输给微弱信号检测模块；所述纹牙生物传感器包括基板、纹牙图像、与纹牙图像相结合的三个电极和电极上固定的敏感材料层，所述三个电极固定于基板上同一面的不同位置上，三个电极分别通过不同的电极引线与三个彼此独立的位于基板一边缘处的触点相连，设置引线的基板那面上覆盖有纹牙图像层，且三个电极和三个触点裸露于纹牙图像层之外。本发明检测时间短，能实现定量准确检测，仪器小型便携，而且还美观新潮，易于年轻人接受。

Description

用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置

技术领域

本发明涉及生物医学技术领域，具体涉及一种用于口腔卫生检测的纹牙(牙齿纹身)生物传感器装置。

背景技术

“牙齿纹身”近日在国内外成为时髦人士竞相模仿的潮流。很多人会选择自己喜欢的图案来装饰自己的牙齿，比如喜欢的某国足球队的标志、卡通形象，或者是代表爱的符号等。牙齿纹身在国外已经成为时髦示人的新宠，逐渐推广起来。

口腔健康状态是反映生命健康质量的一面镜子，人体疾病的发生常在体内产生生物分子的种类或数量的变化，这些变化通过口腔分泌物也可以反映出来。例如，口腔唾液中葡萄糖的浓度与血液中葡萄糖的浓度在一定控制条件下是正相关的，通过检测唾液中葡萄糖的浓度可以在一定程度上评估人体血液中葡萄糖的浓度。所以检测唾液中葡萄糖的浓度可以用于筛查糖尿病人或者评估糖尿病人体内葡萄糖控制程度。例如，口腔中牙齿表面乳酸含量与牙齿表面细菌数量成一定关系，通过检测牙齿表面乳酸含量可以推测口腔牙齿表面细菌数量。还有，口腔唾液中乳酸含量与人体内乳酸含量成正相关性，人体乳酸含量反映人体疲劳程度或者心功能状态，是评判运动员体能的一个重要指标，所以通过检测口腔唾液中乳酸含量可以评估受试者的体能状态。

目前临床上对唾液中物质含量的常规检测方法有放射性免疫法(RIAs)、高压液相色谱分析法、蛋白质分析仪、各种诊断试剂盒及免疫层析试条等，这些方法存在放射性污染、需要大型仪器、耗时长、成本高、不能定量检测等缺点，在临床上应用具有一定局限性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，该装置检测时间短，可以实现定量准确检测，检测仪器小型便携，而且还美观新潮，易于年轻人接受。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，包括纹牙生物传感器、通讯模块和微弱信号检测模块，通讯模块分别与纹牙生物传感器的触点和微弱信号检测模块相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号传输给微弱信号检测模块；

所述纹牙生物传感器包括基板、纹牙图像、与纹牙图像相结合的三个电极和电极上固定的敏感材料层，所述三个电极固定于基板上同一面的不同位置上，三个电极分别通过不同的电极引线与三个彼此独立的位于基板一边缘处的触点相连，设置电极引线的基板那面上覆盖有纹牙图像层，且三个电极和三个触点裸露于纹牙图像层之外。

通讯模块为无线通讯模块，其有两组，一组与纹牙生物传感器的触点相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号以无线通讯的方式传出，另一组与微弱信号检测模块相连，识别接收无线通讯信号并传输给微弱信号检测模块。无线通讯方式测量，被测者可以在一定范围内随意走动说话，不影响正常活动；

所述无线通讯模块是蓝牙、红外光或者射频。

所述无线通讯模块是藏在牙齿缝隙随身携带的微型结构。

所述通讯模块为有线连接方式，直接通过数据线将纹牙生物传感器的触点与微弱信号检测模块相连。有线通讯方式，因为有导线通过口腔将纹牙生物传感器与微弱信号检测模块连接，可能部分影响被测者活动或者说话。

所述基板采用一种对人体无害而又在口腔不分解的生物相容性薄膜材料制备而成，例如：硝化纤维素、胶原、明胶、壳聚糖、透明质酸钠、鸡蛋壳膜、四氟乙烯或聚乳酸。

所述三个电极为金或者碳惰性导电材料制备而成，三个电极分别为工作电极、参比电极和第三电极。

所述电极引线和触点均由银、金、碳或者银氯化银材料制作而成。

所述敏感材料层由酶、电子媒介体和碳纳米管固化而成。所固定的酶种类与要测的成分有关系，比如：测量乳酸固定乳酸氧化酶，测量葡萄糖固定葡萄糖氧化酶。

纹牙生物传感器可以测量口腔中多种物质的成分，测量不同的成分，在制作生物传感器的时候固定不同的酶，比如，要利用纹牙生物传感器测量口腔中的乳酸含量，那么在制作纹牙传感器的时候需要固定乳酸氧化酶；再比如要测量口腔中葡萄糖的含量，那么在制作纹牙传感器的时候需要固定葡萄糖氧化酶。

所述微弱信号检测模块包括中央处理芯片、数据存储芯片、信号采集放大芯片、通讯芯片、传感器触点接口及其外围电路，数据存储芯片、信号采集放大芯片、通讯芯片、传感器触点接口及其外围电路均与中央处理芯片通信；

所述中央处理芯片存储检测模块的执行程序，并按照程序顺序执行相应的指令与动作；

所述数据存储芯片用于存储检测模块获得的纹牙生物传感器的测量结果；

所述信号采集放大芯片用于采集纹牙生物传感器的微弱信号并将信号放大处理；

所述通讯芯片用于实现微弱信号检测模块与上位机的连接通讯；

所述传感器触点接口与纹牙生物传感器的触点相连接，给传感器提供电压并测量传感器输出电流，其中传感器输出电流的大小传感器待测物质的浓度相关。

本发明迎合年轻人的潮流，公开一种用于口腔卫生检测的纹牙(牙齿纹身)生物传感器装置，与传统大型生化分析仪检测唾液中物质浓度相比，该装置能够克服现有技术中存在的问题，既能实现对口腔卫生检测，又不需要大型仪器，本发明检测时间短，可以实现定量准确检测，检测仪器小型便携，而且还美观新潮，易于年轻人接受，是一种最新形式的口腔卫生检测装置。

附图说明

图1是一个纹牙图像；

图2是与纹牙图像相结合的三个电极；

图3是与纹牙图像结合之前的纹牙生物传感器结构示意图；

图4是无线通讯模块示意图；

图5是微弱信号检测模块示意图；

图6是实施例测量结果图；

其中，1.第三电极，2.工作电极，3.参比电极，4.触点，5.电极引线，6.基板，7.中央处理芯片，8.数据存储芯片，9.信号采集放大芯片，10.通讯芯片，11.传感器触点接口，12.外围电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1-图4所示，用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，包括纹牙生物传感器、无线通讯模块和微弱信号检测模块，所述无线通讯模块有两组，一组与纹牙生物传感器的触点4相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号以无线通讯的方式传出，另一组与微弱信号检测模块相连，识别接收纹牙生物传感器的输出信号并传输给微弱信号检测模块；如图4所示。无线通讯模块是蓝牙、红外光或者射频。无线通讯模块是藏在牙齿缝隙随身携带的微型结构，不影响口腔正常功能。

如图3所示，纹牙生物传感器包括基板6、纹牙图像、与纹牙图像相结合的三个电极和电极上固定的敏感材料层，所述三个电极固定于基板6上同一面的不同位置上，三个电极分别通过不同的电极引线5与三个彼此独立的位于基板6一边缘处的触点4相连，设置电极引线5的基板6那面上覆盖有纹牙图像层，且三个电极和三个触点4裸露于纹牙图像层之外。

如图1所示，纹牙图像采用的是一种对人体无害、在口腔不分解且保持其颜色和形状的材料，该种材料是现有的技术，在市场中均可购买到，属于公知的技术，在此不再赘述。

基板6采用一种对人体无害而又在口腔不分解的生物相容性薄膜材料制备而成，例如：硝化纤维素、胶原、明胶、壳聚糖、透明质酸钠、四氟乙烯或聚乳酸。

三个电极为金或者碳惰性导电材料制备而成，三个电极分别为工作电极2、参比电极3和第三电极1。如图2所示。

电极引线5和触点均由银、金、碳或者银氯化银材料制作而成。制作方法为溅射、蒸镀或者印刷。

敏感材料层由酶、电子媒介体和碳纳米管固化而成。在电极上固定敏感材料，比如酶，是为了使传感器具有特异性，只与口腔中一种成分(比如乳酸)反应或者只检测一种或一类物质的浓度(比如口腔细菌数量)；固定纳米颗粒是为了增加传感器的敏感性，提高检测的灵敏度。

微弱信号检测模块包括中央处理芯片7、数据存储芯片8、信号采集放大芯片9、通讯芯片10、传感器触点接口11及其外围电路12；数据存储芯片8、信号采集放大芯片9、通讯芯片10、传感器触点接口11及其外围电路12均与中央处理芯片7通信；

中央处理芯片7存储检测模块的执行程序，并按照程序顺序执行相应的指令与动作；

数据存储芯片8用于存储检测模块获得的纹牙生物传感器的测量结果；

信号采集放大芯片9用于采集纹牙生物传感器的微弱信号并将信号放大处理；

通讯芯片10用于实现微弱信号检测模块与上位机的连接通讯；

传感器触点接口11与纹牙生物传感器的触点4相连接，给传感器提供电压并测量传感器输出电流，其中传感器输出电流的大小传感器待测物质的浓度相关。

实施例2：

如图1-图3、图5所示，用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，包括纹牙生物传感器、通讯模块和微弱信号检测模块，通讯模块采用有线连接方式，如图5所示，直接通过数据线将纹牙生物传感器的触点与微弱信号检测模块相连。

如图3所示，纹牙生物传感器包括基板6、纹牙图像、与纹牙图像相结合的三个电极和电极上固定的敏感材料层，所述三个电极固定于基板6上同一面的不同位置上，三个电极分别通过不同的电极引线5与三个彼此独立的位于基板6一边缘处的触点4相连，设置电极引线5的基板6那面上覆盖有纹牙图像层，且三个电极和三个触点4裸露于纹牙图像层之外。

如图1所示，纹牙图像采用的是一种对人体无害、在口腔不分解且保持其颜色和形状的材料，该种材料是现有的技术，在市场中均可购买到，属于公知的技术，在此不再赘述。

基板6采用一种对人体无害而又在口腔不分解的生物相容性薄膜材料制备而成，例如：硝化纤维素、胶原、明胶、壳聚糖、透明质酸钠、鸡蛋壳膜、四氟乙烯或聚乳酸。

三个电极为金或者碳惰性导电材料制备而成，三个电极分别为工作电极2、参比电极3和第三电极1。如图2所示。

电极引线5和触点均由银、金、碳或者银氯化银材料制作而成。制作方法为溅射、蒸镀或者印刷。

敏感材料层由酶、电子媒介体和碳纳米管固化而成。在电极上固定敏感材料，比如酶，是为了使传感器具有特异性，只与口腔中一种成分(比如乳酸)反应或者只检测一种或一类物质的浓度(比如口腔细菌数量)；固定纳米颗粒是为了增加传感器的敏感性，提高检测的灵敏度。敏感材料层所固定的酶种类与要测的成分有关系，比如：测量乳酸固定乳酸氧化酶，测量葡萄糖固定葡萄糖氧化酶。微弱信号检测模块包括中央处理芯片7、数据存储芯片8、信号采集放大芯片9、通讯芯片10、传感器触点接口11及其外围电路12；数据存储芯片8、信号采集放大芯片9、通讯芯片10、传感器触点接口11及其外围电路12均与中央处理芯片7通信；

中央处理芯片7存储检测模块的执行程序，并按照程序顺序执行相应的指令与动作；

数据存储芯片8用于存储检测模块获得的纹牙生物传感器的测量结果；

信号采集放大芯片9用于采集纹牙生物传感器的微弱信号并将信号放大处理；

通讯芯片10用于实现微弱信号检测模块与上位机的连接通讯；

传感器触点接口11与纹牙生物传感器的触点4相连接，给传感器提供电压并测量传感器输出电流，其中传感器输出电流的大小传感器待测物质的浓度相关。

用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置的制备方法有两种，其一是采用丝网印刷技术，其二是利用溅射技术，具体如下：

一、利用丝网印刷技术制备用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器的工艺如下：

1)在生物相容性薄膜材料(即基板6)上用银或者银氯化银浆印制电极触点4、电极引线5和三个电极，并干燥处理；

2)在工作电极2和参比电极3上印制碳糊层，并干燥处理；

3)在薄膜材料(基板6)上印制纹牙图像，注意必须使3个电极和传感器的触点4暴露，不能被纹牙图像覆盖。干燥并固化纹牙图像；

4)在暴露的三个电极上固定酶、电子媒介体和碳纳米管敏感材料，并固化，放4℃冰箱保存。

5)准备无线通讯模块或数据线，方便将纹牙生物传感器与微弱信号检测模块相连，进行数据通信。

二、利用溅射技术制备用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器的工艺如下：

1)在生物相容性薄膜材料(即基板6)上制作掩膜，掩膜覆盖不需要制作电极、电极引线和电极触点的地方，使需要制作电极、电极引线和电极触点的地方暴露；

2)在溅射炉中按照常规溅射工艺在覆盖有掩膜的薄膜材料上溅射一层薄膜金，厚度约为100-200埃；

3)撕掉掩膜，在生物相容性薄膜材料上形成电极、电极引线和电极触点4；

4)在薄膜材料(基板6)上印制纹牙图像，注意必须使电极和电极触点4暴露，不能被纹牙图像覆盖，纹牙图像可以覆盖电极引线5。干燥并固化纹牙图像；

5)在暴露的三个电极上固定酶、电子媒介体和碳纳米管敏感材料，并固化，放4℃冰箱保存。

6)准备无线通讯模块或数据线，方便将纹牙生物传感器与微弱信号检测模块相连，进行数据通信。

乳酸是人体一种重要物质，人体乳酸含量与多种因素有关，比如运动、呼吸、疲劳程度，也是反映心功能的一个重要指标。本实例以本发明测量运动之后口腔唾液中乳酸含量的变化。

采用本发明进行乳酸含量的变化检测方法如下：

事先邀请一位身体健康的男性被检测者，用本发明测量其口腔乳酸变化的检测步骤如下：

1)将先前制备好的纹牙乳酸传感器小心贴在被检测者的门牙上；

2)为了保证测量前让体内乳酸处于一个相对稳定状态，让被检测者放松、随意走动，正常分泌唾液；

3)20分钟后将微弱信号检测模块和传感器触点相连，测量传感器信号，此信号为初始基点信号；

4)为防止出现异常值，每隔10分钟测量一次，测量3次；

5)断开微弱信号检测模块和传感器触点的连接，让被检测者高强度快速跑步5公里；

6)然后将微弱信号检测模块和传感器触点相连，测量传感器信号，此信号为高强度运动之后唾液中乳酸含量；

7)为防止出现异常值，每隔10分钟测量一次，测量3次；

8)让被检测者休息2小时，再将微弱信号检测模块和传感器触点相连，测量传感器信号，此信号为一个比对信号，用于对比休息之后待测酶含量应该比高强度运动之后待测酶含量低；

9)为防止出现异常值，每隔10分钟测量一次，测量3次。

测量结果如图6所示，传感器输出的电流信号反映的是受试者唾液中乳酸的含量，从图6可以看出，经过激烈运动之后，受试者唾液中乳酸含量明显增加，经过一段时间的休息之后，乳酸含量又下降。这与通过其它方法检测的结果一致。

纹牙生物传感器可以测量口腔中多种物质的成分，测量不同的成分，在制作生物传感器的时候固定不同的酶，比如，要利用纹牙生物传感器测量口腔中的乳酸含量，那么在制作纹牙传感器的时候需要固定乳酸氧化酶；再比如要测量口腔中葡萄糖的含量，那么在制作纹牙传感器的时候需要固定葡萄糖氧化酶。

测量口腔中葡萄糖的含量与上述实施例测量口腔中的乳酸含量工艺相同，只是检测对象改变，在此不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，包括纹牙生物传感器、通讯模块和微弱信号检测模块，通讯模块分别与纹牙生物传感器的触点和微弱信号检测模块相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号传输给微弱信号检测模块；

所述纹牙生物传感器包括基板、纹牙图像、与纹牙图像相结合的三个电极和电极上固定的敏感材料层，所述三个电极固定于基板上同一面的不同位置上，三个电极分别通过不同的电极引线与三个彼此独立的位于基板一边缘处的触点相连，设置电极引线的基板那面上覆盖有纹牙图像层，且三个电极和三个触点裸露于纹牙图像层之外。

2.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，通讯模块为无线通讯模块，其有两组，一组与纹牙生物传感器的触点相连，获取纹牙生物传感器的输出信号，并将信号以无线通讯的方式传出，另一组与微弱信号检测模块相连，识别接收无线通讯信号并传输给微弱信号检测模块。

3.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述无线通讯模块是蓝牙、红外光或者射频。

4.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述无线通讯模块是藏在牙齿缝隙随身携带的微型结构。

5.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述通讯模块为有线连接方式，直接通过数据线将纹牙生物传感器的触点与微弱信号检测模块相连。

6.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述基板采用一种对人体无害而又在口腔不分解的生物相容性薄膜材料制备而成。

7.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述三个电极为金或者碳惰性导电材料制备而成，三个电极分别为工作电极、参比电极和第三电极。

8.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述电极引线和触点均由银、金、碳或者银氯化银材料制作而成。

9.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述敏感材料层由酶、电子媒介体和碳纳米管固化而成。

10.如权利要求1所述的用于口腔卫生检测的纹牙生物传感器装置，其特征是，所述微弱信号检测模块包括中央处理芯片、数据存储芯片、信号采集放大芯片、通讯芯片、传感器触点接口及其外围电路，数据存储芯片、信号采集放大芯片、通讯芯片、传感器触点接口及其外围电路均与中央处理芯片通信；

所述中央处理芯片存储检测模块的执行程序，并按照程序顺序执行相应的指令与动作；

所述数据存储芯片用于存储检测模块获得的纹牙生物传感器的测量结果；

所述信号采集放大芯片用于采集纹牙生物传感器的微弱信号并将信号放大处理；

所述通讯芯片用于实现微弱信号检测模块与上位机的连接通讯；

所述传感器触点接口与纹牙生物传感器的触点相连接，给传感器提供电压并测量传感器输出电流，其中传感器输出电流的大小与传感器待测物质的浓度相关。