基于三电极微针阵列的血糖连续监测仪的设计与研制

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随着社会发展人们生活方式的改变,不合理的饮食结构,运动不足等因素导致高血糖的发病率居高不下。血糖浓度是糖尿病诊断的唯一标准。现有的血糖仪大多是单点式的,容易错过血糖变化峰值;无创检测的优点在于不对使用者造成创伤的前提下,间接检测或传感有关生命体生理特征以及生化参数,但受到的干扰因素也更多。本文结合酶固化和微针技术,研制了一款基于三电极微针阵列的可穿戴连续检测式微创血糖仪,这种微创血糖仪可以减少频繁采血产生痛苦,同时能与人体体液接触,减少了干扰因素提高准确性,实现血糖的连续监测。本文首先通过实验验证了采用酶固化技术的三电极微针体系满足血糖浓度检测的需求;基于保证血糖仪具有较高准确性的同时减小设备的体积与功耗的目的,根据三电极体系的原理,研究并设计出血糖浓度传感器电路,包括恒压电路和I/V转换电路;设备采用CC2541低功耗蓝牙芯片作为MCU,利用蓝牙芯片的睡眠功能,除采样工作时间外,整个系统都处于低功耗睡眠状态,延长了设备的续航能力,提高用户的体验感;为校准温度带来测量误差,增加温湿度传感器为拟合曲线提供校准函数。对采集到的信号进行软件滤波处理。采用马拉特算法分解原始信号,通过改进的阈值函数处理小波系数后重构信号,提高了处理后的信号质量得到更大的信噪比。根据大量实验数据,用最小二乘法拟合多项式曲线得到血糖浓度与检测电流之间的换算表达式。并根据温度对葡萄糖氧化还原酶活性的影响建立温度补偿函数,用来校准采样数据,提高血糖仪的精度。该血糖仪具有低功耗,体积小,成本低的特点,通过蓝牙通信能够准确地连续监测用户的血糖水平记录在设备端,帮助用户实时了解自身血糖状况。
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