便携式智能血糖测试仪的研制

　　一、引　　言

　　血糖测试是指对人体血液中葡萄糖浓度的测量。对于糖尿病患者,血糖浓度是反映病情状况的一个重要指标,需经常性地进行血糖测量以监测病情的发 展。因此,便携式血糖测试仪成为目前发展较快的一类家用医疗仪器,它使患者在病情较稳定的阶段可以自行监测血糖浓度。本文将介绍一种以单片机为核心的便携 式智能血糖测试仪。

　　二、血糖测量的原理

　　1.葡萄糖氧化酶印刷电极

　　便携式智能血糖测试仪采用一次性使用的葡萄糖氧化酶印刷电极(下简称酶电极)作为传感器,酶电极的结构如图1所示。给酶电极加恒定的工作电压 V,将被测血样滴在测量点上,电极上的氧化酶即与血样中的葡萄糖发生反应,其特点是经过一段时间后(约30s),酶电极的电流与血样中葡萄糖浓度呈一定的 线性关系,图2所示为测量过程中酶电极的电流变化曲线。实验表明,在0.4V的工作电压下,对应于2~25mmol/L的血糖浓度,酶电极的电流响应约3 ~50μA。

　　2.参比测量法

　　由于酶电极具有一定的分散性,所以实际测量中采用参比电极测量法。参比电极是按如下方法确定的:从同一批酶电极中抽样选择若干酶电极对已知浓度(C₀)的试样进行测量,其响应电流的平均值I₀就是反映这一批酶电极性能的特征参数。参比电极就是一个固定电阻,其阻值等于工作电压V除以平均响应电流I₀。

　　使用参比电极的测量步骤是:先将参比电极插入测试仪的电极插口中,仪器测得电流I₀,该过程称作标定;再用酶电极对血样进行正常的测量,测得电流I,则血糖浓度按如下公式计算:

　　3.温度补偿

　　葡萄糖氧化酶对温度的变化比较敏感,实验中以25℃的响应值为基准,在0~40℃的温度变化范围内,葡萄糖氧化酶响应的温度系数Kt为0.7~1.2,温度越高,响应值越大。可见要保证测量的精度,必须进行温度补偿。考虑温度补偿的血糖浓度计算公式如下

　　在本测试仪中,环境温度的测量采用半导体热敏电阻,热敏电阻的阻值在0~50℃的范围内与温度基本呈反比关系。给热敏电阻恒压供电,测量其响应电流,即可测得热敏电阻的当前阻值并计算出环境温度。

　　三、硬件设计

　　便携式智能血糖测试仪的硬件由89C51单片机芯片、液晶显示器、V/F变换器、恒电位测量电路、多路转换开关、温度电阻、标准电阻、电源电压 监测和电池等部分组成。图3所示为恒电位测量电路的原理图,Rx代表酶电极。电压基准源LM336提供的2.5V电压经过分压后获得0.4V工作电压,经 电压跟随器对酶电极进行恒电位激励;根据运算放大器的特性,If≈Io≈0,则响应电流Ix≈Io;该电流信号由取样电阻R₁获得,经差动放大为0~2.5V的电压信号送V/F变换器。