CN117838110A - 一种触摸式便携无创血糖检测仪及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及血糖检测仪技术领域，提供了一种触摸式便携无创血糖检测仪及其工作方法，包括信号采集电路、工作电极、参比电极、对电极、电泳阳极和电泳阴极，工作电极上表面修饰生物敏感层，生物敏感层上方修饰水凝胶汗液收集层，且水凝胶汗液收集层覆盖工作电极、参比电极和对电极；电泳阳极和电泳阴极环绕工作电极、参比电极和对电极；电泳阳极和电泳阴极刺激手指产生汗液；水凝胶汗液收集层收集汗液；生物敏感层与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；工作电极、参比电极和对电极相互配合，测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；信号采集电路计算得到血糖值。只需将食指放置在检测区域即可完成血糖采集工作。

Description

一种触摸式便携无创血糖检测仪及其工作方法

技术领域

本发明涉及血糖检测仪技术领域，特别涉及一种触摸式便携无创血糖检测仪及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

糖尿病的主要预防和治疗方法的主要依据均为人体血液中葡萄糖的含量。

有创血糖检测是当前最常用的血糖测量方法。测量需针刺、采血、检测等多个环节，并且每次都需要更换试纸，检测成本高且步骤繁琐。并且针刺取血的过程不可避免的会造成疼痛，还容易引起伤口感染。

无创血糖检测将是未来血糖检测技术领域发展的重中之重。目前，大部分无创血糖检测仪是基于光谱检测和光电效应原理。但其检测信号易受到诸多因素的干扰，如测量部位、皮肤厚度和颜色、血液循环状况，以及环境温湿度等。糖尿病患者体内的葡萄糖浓度比正常人高，出汗时糖尿病患者会比健康人有更多的葡萄糖随着汗液排出，因此可以通过分析汗液来检测患者体内的血糖浓度。汗液血糖检测设备大多是柔性可穿戴式的，并且需要紧贴皮肤；而且，柔性可穿戴式汗液血糖检测设备加工精度要求高、成本高，难以普及到每一个糖尿病患者。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种触摸式便携无创血糖检测仪及其工作方法，无需针刺取血，无需长时间穿戴，只需将食指放置在检测区域即可收集人体汗液，完成血糖采集工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种触摸式便携无创血糖检测仪及。

一种触摸式便携无创血糖检测仪，包括信号采集电路、工作电极、参比电极、对电极、电泳阳极和电泳阴极，所述工作电极上表面修饰有生物敏感层，所述生物敏感层上方修饰有水凝胶汗液收集层，且水凝胶汗液收集层覆盖工作电极、参比电极和对电极；所述电泳阳极和电泳阴极环绕所述工作电极、参比电极和对电极；

所述电泳阳极和电泳阴极，用于刺激人体手指产生汗液；

所述水凝胶汗液收集层，用于收集汗液，并使汗液流过所述生物敏感层；

所述生物敏感层，用于与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；

所述工作电极、参比电极和对电极，用于相互配合测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；

所述信号采集电路，用于检测电流信号，对检测得到的电流信号进行数据处理、分析和计算，得到血糖浓度。

进一步地，所述生物敏感层包括第一导电材料，且所述第一导电材料修饰在工作电极表面。

进一步地，所述生物敏感层还包括第二导电材料，且所述第二导电材料修饰在所述第一导电材料表面。

进一步地，所述生物敏感层还包括壳聚糖和葡萄糖氧化酶，且使用所述壳聚糖固定所述葡萄糖氧化酶，并覆盖在所述第二导电材料表面成膜。

进一步地，所述参比电极和对电极环绕所述工作电极，且所述参比电极和对电极互不相连。

进一步地，所述电泳阳极和电泳阴极环绕所述参比电极和工作电极，且所述电泳阳极和电泳阴极互不相连。

进一步地，还包括支撑层，所述工作电极、电泳阳极和电泳阴极均印刷于所述支撑层上。

进一步地，还包括壳体；

所述信号采集电路设置于所述壳体内，所述支撑层可滑动进出所述壳体，且所述支撑层滑入所述壳体时，位于所述信号采集电路的正上方。

进一步地，还包括滑动触摸板，所述支撑层放置于所述滑动触摸板上方，且所述滑动触摸板的一端固定有插接端子，所述插接端子通过软连接线连接至所述信号采集电路。

本发明第二方面提供了如第一方面所述一种触摸式便携无创血糖检测仪的工作方法，包括如下步骤：

电泳阳极和电泳阴极刺激人体手指产生汗液；

水凝胶汗液收集层收集汗液，并使汗液流过所述生物敏感层；

生物敏感层与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；

工作电极、参比电极和对电极相互配合，测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；

信号采集电路检测电流信号，对检测得到的电流信号进行数据处理、分析和计算，得到血糖浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其采用离子电泳的方式诱导汗液分泌，增大汗液检测量和流量，采用葡萄糖氧化酶的特异性检测方式，可以减少汗液中其他干扰物的影响，保证了对葡萄糖检测的准确度和重复性。

2、本发明所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其无需针刺取血，无需长时间穿戴，只需将食指放置在检测区域30秒，即可收集人体汗液，完成血糖采集工作，降低了对设备的加工精度要求，成本较低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的触摸式便携无创血糖检测仪的爆炸图；

图2(a)为本发明实施例1的触摸检测单元的侧视图；

图2(b)为本发明实施例1的触摸检测单元的侧视图；

图3为本发明实施例1的上壳体的结构图；

图4为本发明实施例1的下壳体的结构图；

图5为本发明实施例1的触摸式便携无创血糖检测仪的使用示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供了一种触摸式便携无创血糖检测仪，包括：触摸检测单元100、触摸式便携的无创血糖仪主体200、电源单元(电池)。

如图1所示，无创血糖仪主体200包括：上壳体210、显示屏220、电源开关230、信号采集电路240、滑动触摸板250、下壳体260、软连接线270。上壳体210和下壳体260构成壳体。

如图2(a)和图2(b)所示，触摸检测单元100包括：支撑层110、传感器电极层120、生物敏感层130、水凝胶汗液收集层140，用于刺激人体手指产生汗液、收集汗液和检测汗液中的葡萄糖。支撑层110放置于滑动触摸板250上方。

触摸检测单元100安装于滑动触摸板250上方，触摸检测单元100紧贴滑动触摸板250，触摸检测单元100可跟随滑动触摸板250进入无创血糖仪主体200，触摸检测单元100可单独取下进行置换，操作简单方便。上壳体210中还安装有显示屏220和电源开关230。信号采集电路240安装在下壳体260中。触摸检测单元100跟随滑动触摸板250进入无创血糖仪主体200时完全位于信号采集电路240下方，软连接线270安装在滑动触摸板250一端，用于连接触摸检测单元100上的传感器电极层120与信号采集电路240，把工作电极122测得的电流传输给信号采集电路240。滑动触摸板250的一端固定有插接端子，软连接线270连接于插接端子上，触摸检测单元100贴在滑动触摸板250上后，传感器电极层120与插接端子连接。

支撑层110上表面印刷有传感器电极层120，传感电极通过丝网印刷的方式，将导电碳油墨和银/氯化银油墨印刷到支撑层110上表面。传感器电极层120包括：电化学三电极(参比电极121、工作电极122、对电极123)、电泳阳极124和电泳阴极125，用于诱导手指产生汗液。参比电极121和对电极123环绕工作电极122，且互不相连；电泳阳极124和电泳阴极125环绕参比电极121、工作电极122、对电极123，且互不相连。具体地，支撑层110呈半椭圆，参比电极121和对电极123构成内半椭圆，电泳阳极124和电泳阴极125构成外半椭圆，工作电极122呈圆形，且位于内半椭圆的内侧。

工作电极122上表面修饰有生物敏感层130。生物敏感层130上方修饰有水凝胶汗液收集层140，且水凝胶汗液收集层覆盖工作电极121、参比电极122和对电极123。生物敏感层130由第一导电材料、第二导电材料、壳聚糖和葡萄糖氧化酶混合制成；第一导电材料直接修饰在工作电极122表面，用于提高传感电极(工作电极122)与葡萄糖氧化酶之间的电子传输效率；第二导电材料修饰在第一导电材料表面，用于增强导电性并为葡萄糖氧化酶提供更大的比表面积，增加酶的负载量；使用壳聚糖固定葡萄糖氧化酶，并覆盖在第二导电材料表面成膜，用于固定和连接葡萄糖氧化酶。葡萄糖氧化酶与汗液的葡萄糖进行特异性氧化还原反应，测量汗液中葡萄糖的含量，葡萄糖含量越高，氧化还原反应越剧烈，工作电极122测得电流越大。电泳阳极124和电泳阴极125诱导汗液产生并通过水凝胶汗液收集层140收集汗液，进而确保汗液流过生物敏感层130。

其中，水凝胶汗液收集层140可以但不限于采用：水凝胶汗液收集、微流通道汗液收集或janus膜汗液收集等汗液收集方式；水凝胶汗液收集层140与生物敏感层130紧挨，且水凝胶亲水且高含水，具有流动性，渗透性，可以确保汗液进入生物敏感层130。水凝胶类材料可以但不限于为：胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖等多糖和纤维蛋白合成的水凝胶，或者，聚丙烯酸及其衍生物，聚乙烯醇，聚氧乙烯，聚丙烯酰胺等。

电泳阳极124和电泳阴极125，用于刺激人体手指产生汗液；水凝胶汗液收集层140，用于收集汗液，并使汗液流过生物敏感层130；生物敏感层130，用于与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；电化学三电极(参比电极121、工作电极122、对电极123)，用于相互配合，测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路240；信号采集电路240，用于基于电流，得到血糖值。具体地，工作电极122测得电流后，通过软连接线270传输至信号采集电路240。

如图3所示，上壳体210包括：显示屏槽211、电源开关槽212和电路板上固定座213。显示屏槽211用于固定显示屏220，显示屏220用于人机交互，展示当前检测的血糖值。电源开关槽212用于固定电源开关230，电源开关230用于控制整个触摸式便携无创血糖检测仪的开启和关闭。电路板上固定座213用于从上方固定信号采集电路240。显示屏220用于进行人机交互，并展示检测得到的血糖含量。上壳体210上还可开设散热孔，用于内部散热。

如图4所示，下壳体260包括：电池槽261、滑动触摸板槽262和电路板下固定座263。电路板下固定座263设置于滑动触摸板槽262的四周，用于从下方固定信号采集电路240，电池槽261用于安装固定触摸式便携无创血糖检测仪的电池；滑动触摸板槽262用来安装滑动触摸板250，滑动触摸板槽262的设计可使滑动触摸板250自由进入无创血糖仪主体200内部，便于携带；当滑动触摸板250在无创血糖仪主体200外部时，可以进行触摸检测，当触摸检测单元100使用超过14天时可进行触摸检测单元100的模块化更换，只需更换新的触摸检测单元100即可重新使用，触摸检测和更换操作简单方便。

电池用于给信号采集电路240、显示屏220供电。

支撑层110可以但不限于为：定制200um的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜、聚酰亚胺薄膜(PI)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚乙烯醇(PVA)、聚萘二甲酯乙二醇酯(PEN)或纺织材料，支撑层110安装在无创血糖仪主体200的滑动触摸板250中，用于印刷传感器电极层120。

本实施例提供的一种触摸式便携无创血糖检测仪的具体使用方法如下：按下电源开关230开机，显示屏220亮起，抽出滑动触摸板250；使用前，清洁手指，保证手指表面无异物且干燥；将手指指腹占满触摸检测单元100中心，尽可能大的覆盖触摸检测单元100；指腹放置过程中，碳离子电泳电极(电泳阳极124和电泳阴极125配合)将刺激指腹产生汗液，水凝胶汗液收集层140收集汗液，并使汗液流过生物敏感层130；生物敏感层与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；电化学三电极(参比电极121、工作电极122、对电极123)共同测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路240，指腹放置30s后，将检测结果在显示屏220上显示出来。

本实施例提供的一种触摸式便携无创血糖检测仪，无需针刺取血，无需长时间穿戴，如图5所示，只需将食指放置在检测区域(即，传感器电极层120，需要包括：参比电极121、工作电极122、对电极123、电泳阳极124、电泳阴极125、参比电极121和对电极123的不相连区域以及电泳阳极124和电泳阴极125的不相连区域)30秒，即可收集人体汗液，完成血糖采集工作。

其中，第一导电材料可以但不限于为：普鲁士蓝、聚苯胺、碳纳米管、石墨烯、聚噻吩、金属氧化物、液态金属、金纳米颗粒和银纳米颗粒。

其中，第二导电材料可以但不限于为：碳纳米管、普鲁士蓝、聚苯胺、石墨烯、聚噻吩、金属氧化物、液态金属、金纳米颗粒和银纳米颗粒。

其中，壳聚糖固定葡萄糖氧化酶的方法可以但不限于为：化学共价结合法(双酚A、戊二酸二醛等)、物理吸附法、化学交联法(戊二醛等)和膜包埋法(壳聚糖)。

其中，工作电极材料可以但不限于为：碳、石墨烯、金、金纳米颗粒、铂、玻碳、金属氧化物、液态金属、惰性金属。

其中，对电极材料可以但不限于为：碳、石墨烯、金、金纳米颗粒、铂、玻碳、金属氧化物、液态金属、惰性金属。

其中，参比电极可以为：银/氯化银参比电极。

其中，电泳阳极和电泳银极的材料可以但不限于为：碳、石墨烯、金、金纳米颗粒、铂、玻碳、金属氧化物、液态金属、惰性金属。

其中，电极加工方法可但不限于采用：丝网印刷、喷墨打印、热蒸镀、电沉积、等离子刻蚀、光刻。

本实施例提供的一种触摸式便携无创血糖检测仪，结构设计精巧，便携易于使用，滑动触摸板可伸缩自由进入壳体。

本实施例提供的一种触摸式便携无创血糖检测仪，采用离子电泳的方式诱导汗液分泌，增大汗液检测量和流；采用葡萄糖氧化酶的特异性检测方式可以减少汗液中其他干扰物的影响，保证了对葡萄糖检测的准确度和重复性。

实施例2

本发明实施例2提供了如实施例1中的一种触摸式便携无创血糖检测仪的工作方法，包括如下步骤：

电泳阳极和电泳阴极刺激人体手指产生汗液；

水凝胶汗液收集层收集汗液，并使汗液流过所述生物敏感层；

生物敏感层与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；

工作电极、参比电极和对电极相互配合，测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；

所述信号采集电路，用于检测电流信号，对基于检测得到的电流信号进行数据处理、分析和计算，得到血糖浓度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：包括信号采集电路、工作电极、参比电极、对电极、电泳阳极和电泳阴极，所述工作电极上表面修饰有生物敏感层，所述生物敏感层上方修饰有水凝胶汗液收集层，且水凝胶汗液收集层覆盖工作电极、参比电极和对电极；所述电泳阳极和电泳阴极环绕所述工作电极、参比电极和对电极；

所述电泳阳极和电泳阴极，用于刺激人体手指产生汗液；

所述水凝胶汗液收集层，用于收集汗液，并使汗液流过所述生物敏感层；

所述生物敏感层，用于与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；

所述工作电极、参比电极和对电极，用于相互配合测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；

所述信号采集电路，用于检测电流信号，并计算得到血糖值。

2.如权利要求1所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：所述生物敏感层包括第一导电材料，且所述第一导电材料修饰在工作电极表面。

3.如权利要求2所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：所述生物敏感层还包括第二导电材料，且所述第二导电材料修饰在所述第一导电材料表面。

4.如权利要求3所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：所述生物敏感层还包括壳聚糖和葡萄糖氧化酶，且使用所述壳聚糖固定所述葡萄糖氧化酶，并覆盖在所述第二导电材料表面成膜。

5.如权利要求1所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：所述参比电极和对电极环绕所述工作电极，且所述参比电极和对电极互不相连。

6.如权利要求5所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：所述电泳阳极和电泳阴极环绕所述参比电极和工作电极，且所述电泳阳极和电泳阴极互不相连。

7.如权利要求1所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：还包括支撑层，所述工作电极、电泳阳极和电泳阴极均印刷于所述支撑层上。

8.如权利要求7所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：还包括壳体；

所述信号采集电路设置于所述壳体内，所述支撑层可滑动进出所述壳体，且所述支撑层滑入所述壳体时，位于所述信号采集电路的正上方。

9.如权利要求7所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪，其特征在于：还包括滑动触摸板，所述支撑层放置于所述滑动触摸板上方，且所述滑动触摸板的一端固定有插接端子，所述插接端子通过软连接线连接至所述信号采集电路。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种触摸式便携无创血糖检测仪的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

电泳阳极和电泳阴极刺激人体手指产生汗液；

水凝胶汗液收集层收集汗液，并使汗液流过所述生物敏感层；

生物敏感层与汗液的葡萄糖进行氧化还原反应；

工作电极、参比电极和对电极相互配合，测量氧化还原反应产生的电流，并传输至信号采集电路；

信号采集电路检测电流信号，并计算得到血糖值。