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【仪器说】POCT系列——拆解当下主流血糖检测仪电路结构

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2019/10/17
谱绘人生

原创大赛公告

前言：随着我国经济发展，人民生活水平提高，“三高”疾病的发病率逐年上升。其中，糖尿病人的年龄段从青年到老年，人群庞大。控制好自身血糖值是应该具备的知识，用好家庭血糖检测仪是一种有效的监测手段。下面，对当前主流的一款第四代电型血糖检测仪进行拆解，分析原理，掌握正确使用的方法。
一、血糖检测仪的简要知识
血糖仪的发展经历了近半个世纪，第一台血糖仪诞生于1971年。到目前，血糖仪已经发展到第五代。第一代是水洗式血糖仪；第二代是擦血式血糖仪；第三代是比色法（光电型）血糖仪；第四代是电化学法（电极型）血糖仪；第五代采用无创技术，离子电渗析技术无创型血糖仪已经问世、近红外光技术的无创血糖仪也在开发中。目前，最成熟、使用量最大的是第四代电极型血糖检测仪。
电极型血糖仪的检测原理：利用电化学原理，当微量血液被虹吸到试纸电极上时，电极反应区内的生化酶与血液中葡萄糖反应产生微电流，仪器内部电路将电流转化成葡萄糖浓度读数。市面上，血糖试纸使用的生化酶有好几种类型，最常用的是葡萄糖氧化酶(GOD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（NAD-GDH）、黄素腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（FDA-GDH）等。这些生化酶对葡萄糖有高度物异性，不能氧化其它糖类，故可测定血液中葡萄糖真实值。
二、仪器基本情况及电路原理
这是一款国产语音血糖检测仪GA-3型，电路采用电极检测类型,属于第四代。免调代码设计，其语音提示功能很实用，效果不错。

背面，有喇叭孔、退试纸条拨杆、电池仓。使用两个7号碱电池，可连续检测1000次：

在电池仓内，有6个电触点。它是厂家生产时的检测点，适合专业检测、维修使用：

仪器电路原理见下面框图所示，当血糖试纸酶电极（酶生物传感器）吸入指尖毛细血管的血液后，产生微电流，该电流经I/V转换电路转换为电压信号，送入MCU进行A/D转换、计算分析，结果由液晶屏显示出来、同时语音播报。

三、拆解及主要电子元件
卸下仪器电池仓盖下的2颗固定螺丝：

面盖是卡扣结构，用大拇指轻松拨开，看见内部电路板：

电路板是沉金工艺，液晶显示屏是硬连接，可靠、耐用、故障少，质量还不错：

在试纸条插口附近，Rt是温度传感器（测量环境温度的负温度系数电阻），起到仪器电路温度补偿功能（因为酶的活性与温度有关）。Rt旁边的W1是调理电路微调电位器，可以改变仪器前置电路增益，可供校准时使用。

将电路板翻面，元件还不少。主要元件标示如下：

喇叭采用电磁动圈式，8欧姆、0.5瓦，声音比较响亮：

电路板上，U10是广州九芯公司的语音IC，型号NV065A，直接驱动喇叭发声；U2是前级IC，型号MCP6002I，是美国微芯（MicrochipTechnology）公司的1MHz带宽、低噪声低功耗双运放，构成检测血糖信号的I/V变换及调理电路，许多血糖检测仪都使用这个芯片。

U1是MCU，采用美国飞思卡尔公司单片机，型号M9S8LL16C，内部集成有A/D 、LCD显示驱动；U4是微芯公司的E2PROM存储器，型号24LC16BI,容量16K，可以储存大约200组检测数据。

电路板上的6个触点，是RE、BKGD、TXD、RXD以及+3V、GND,是生产线工人测试电路板用的。也可作为仪器返修时，快速检测故障使用：

下面看看血糖试纸的情况。该试纸采用黄素腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（FDA-GDH）涂层。平时，试纸条装在密封的塑料瓶内，开封后，应在3个月内使用完：

试纸条与检测仪电路联系采用碳膜电极，成本比较低：

背面，基条材质是PET：

试纸条前端的血液虹吸口及反应区：

在低倍显微镜下观察，试剂酶涂层（土黄色）不够均匀，会影响检测的准确度与批量一致性：

多取两张试纸看看，试剂酶涂层也存在不均匀，国产货的质量还需进一步提高：

撕开塑料保护膜进行观察，黑色塑料膜中间开有一个U形槽，电极及酶涂层在内，上面覆盖透明薄膜，这样就形成窄窄的虹吸槽（高度为黑色塑料膜的厚度）：

撕下塑料保护膜后的情况：

再次微距观察，电极上的酶涂层不均匀问题很显眼：

逆光观察试纸结构：

四、使用注意事项
由于血糖检测仪是一种生化仪器，对于使用环境有一定要求。除了按照说明书的要求操作外，应注意以下几个问题：
1、仪器使用环境选择在室内避风、没有严重化学烟雾气味、电磁场干扰不大的地方。
2、若从室内到室外，温差变化大，应等仪器及试纸与外界温度平衡之后再测量（搁置15分钟左右）。
3、当测试结果忽高忽低时，再重测量一次，排除掉试纸条质量差异问题。
4、试纸条一定要存放在试纸筒内，储存温度适宜（15～30℃干燥环境）。不要吸潮、氧化。过期后，不要继续使用。
5、该仪器试纸的生化酶涂层采用黄素腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（FDA-GDH），检测结果不受氧气干扰，不受麦芽糖、半乳糖干扰，但受木糖干扰，应予注意。

结束语：从拆机情况看，国产血糖仪的电路结构日趋完善，试纸价格低廉，使用成本不高，可以作为普通监测使用（准确诊断，还是应到医院用大型生化仪器检测）。与国外大品牌差距主要在于根据人群大数据编制的分析处理程序及生物试纸条的质量高低。有糖尿病人的家庭应该有一只血糖仪检测仪，定时监测身体血糖指标，调整服药计划或及时到医院就诊，保障身体健康。

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