具有存储记忆功能的便携式血糖仪的研制

　　糖尿病是危害人类健康的四大主要疾病之一,它表现为血液和尿液中葡萄糖含量的异常,通过调控病人体内的葡萄糖代谢可以对病情加以控制。血液葡萄糖含量是决定临床给药的一个重要指标。血液葡萄糖含量检测方法由化验师在化验室完成。将采得的病人血样经预处理后加入相关化学试剂,待反应完成再用大型生化分析仪进行检测,但检测时间长、需血量大,且操作复杂、不利于病人自我监护。便携式血糖测试仪能够克服上述缺陷,它将生物传感器技术、微机控制技术以及微电子技术相结合,可完成血糖浓度快速简便的检测,而且用血量极少,可由病人进行自我监测。

　　1　血糖测试原理

　　近年,随着生物传感器技术的迅速发展,许多生物量的测量变得越来越便捷。生物传感器,就是由固定化的生物材料包括酶、抗体、微生物等生物活性物质与适当的换能器件密切接触而构成的分析工具或系统。该换能器件可将生化信号转换成可定量检测的电或光信号,从而实现对特定底物浓度的测量。本文所涉及的血糖浓度就是通过生物传感器酶电极获取。酶电极,由酶膜和电极结合而成。在单片机的控制下,通过检测酶电极对血样响应电流的大小快速测定血糖浓度。便携式血糖测试仪所用的葡萄糖氧化酶印刷电极如图1所示。

　　酶电极的测试原理如下:在印刷电极两端施加一定的恒定电压,当被测血样滴在电极的测试区后,电极上的固定化葡萄糖氧化酶与血样中的葡萄糖发生酶反应。经过一定的滞后期(约20 s),酶电极的响应电流将与被测血样中葡萄糖浓度呈线性关系。酶电极的响应电流为μA级。血糖仪就是根据这一对应关系来计算并显示血样葡萄糖浓度值的。

　　2　血糖仪的硬件设计

　　血糖仪的硬件电路以EM78P458这一新型高集成度的单片机芯片为核心,其外围电路模块包括:恒电位激励和A/D模块、按键检测模块、低功耗电源模块、电源电压检测模块、恒电位激励和A/D模块、液晶显示驱动模块、时钟模块、E2PROM模块等。图2是恒电位激励和A/D转换模块原理图。基准电压源LM336提供的2.5 V恒定电压经电阻分压后得到0.3 V工作电压,由运放对酶电极施加恒电位激励,Rz代表酶电极;由运算放大器的理想工作特性知道,Ic≈0,所以,酶电极在恒电位激励下电极酶反应的响应电流Ix=IO,该电流信号经过采样电阻Ro转换为电压信号输入到串行AD3201的差动输入同相端。串行AD3201的差动输入反相端则输入一个与前面的测量电压共地的恒定电位,这样就可以有效消除串行A/D差动输入端的共模干扰影响。

　　图3是低功耗电源模块原理图。由两节钮扣电池CR2032提供的6 V电池电压,经过电压转换器件RN5RL33输出3.3 V电压,作为系统电源。此3.3VD电压接PNP型三极管的E极,在单片机引脚PW_CTRL控制下,可在C极得到另一3.3 V的电压3.3 VT。两个3.3 V电压各有特点。由于3.3 VD始终存在,所以把该电压分配给始终工作的芯片,如单片机和时钟芯片HT1381;而3.3 VT可以受单片机控制,在PW_CTRL输出0电平时有3.3 V电压、输出1电平时有0 V电压,所以把该电压分配给非始终工作的芯片,如液晶驱动芯片等,就可大大降低系统的功耗,延长电池的使用寿命。