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[b]前言:[/b]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。[b]一、血糖检测仪的简要知识[/b] 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。[b]二、仪器基本情况及电路原理[/b]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。[img=,690,515]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054063497_6475_1807987_3.jpg!w690x515.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054069498_7218_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054074220_3610_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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。[img=,593,461]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054078110_5954_1807987_3.jpg!w593x461.jpg[/img][b]三、拆解及主要电子元件[/b]卸下仪器电池仓盖下的2颗固定螺丝:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054081870_6615_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]面盖是卡扣结构,用大拇指轻松拨开,看见内部电路板:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054086300_57_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054091300_8790_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054096340_9026_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]将电路板翻面,元件还不少。主要元件标示如下:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171054057210_4127_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]喇叭采用电磁动圈式,8欧姆、0.5瓦,声音比较响亮:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059014970_1800_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059021950_4555_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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。[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059030720_8723_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059037905_4983_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059043405_5843_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]试纸条与检测仪电路联系采用碳膜电极,成本比较低:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059047100_9458_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]背面,基条材质是PET:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059050830_3392_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]试纸条前端的血液虹吸口及反应区:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059055600_3079_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171059001690_6249_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171104092440_4439_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]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):[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171104096511_2374_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]撕下塑料保护膜后的情况:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171104100081_426_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]再次微距观察,电极上的酶涂层不均匀问题很显眼:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171104104841_7871_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]逆光观察试纸结构:[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171108004001_9498_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]四、使用注意事项[/b]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。[b]结束语:[/b]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。
对现有的一些使用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]无创离体和在体测量葡萄糖的研究结论,结合我们的研究结果进行评述。首先介绍建立葡萄糖光谱检测的基本理论。在光谱检测的分析研究中,离体测量表现出良好的结果;在体葡萄糖检测和预测,结果精度较差,离临床和家庭使用还有一些距离。 1 简介 糖尿病是一种内分泌疾病。据报导,1997年全世界的糖尿病患者超过1.2亿,到2010年将会增长到2.2亿以上。现有对糖尿病较有效的治疗手段是通过频繁的检测和胰岛素注射来对血糖浓度进行控制,从而减少或减轻由糖尿病导致的并发症。目前检测血糖的方法主要是从体内抽取血液通过生化检测进行分析,这属于有创伤检测,有创伤检测给患者带来的痛苦和不便。无创性血糖检测已引起人们极大的关注,其意义是:(1)减少患者每天采血测量的痛苦,提高病人的生存质量;(2)可提高测量次数,提高血糖控制精确度,降低糖尿病并发症发生的危险;(3)降低每次测量的成本;(4)有可能形成含有检测器和胰岛素注射的闭环循环系统;(5)其测量方法和原理可以推广应用到其它血液成分的检测。在无创性血糖检测研究中使用较多的是红外光谱分析方法,通过对一束红外光透过人体组织或者由其反射的光谱信号分析,确定组织内葡萄糖的含量。目前较有效的光谱范围是近红外区(波长为0.7μm-2.5μm)。 2 红外光谱检测葡萄糖的原理和方法 2.1 水溶液中葡萄糖的近红外吸收 有机分子在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]区的吸收主要是由于含氢基团的分子振动的倍频与合频吸收造成的[1]。有机分子的倍频和合频光谱能够得到分子结构、组成状态的信息。有机物[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url],其特征性强,受分子内外环境的影响小,但倍频和合频比基频吸收带宽得多,使得多组分样品的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]在不同组分的谱带、同一组分中不同基团的谱带以及同一基团不同形式的倍频、合频谱带发生严重的重迭,从而使[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]的图谱解析异常困难。在混合物中的化学组分,很难再分离出每种组分单一、无重叠的吸收光谱。在有强烈水的背景吸收情况下的生物混合液,常规方法很难测量出低浓度物质的含量。水是生物组织中的主要成分,不但有单一的红外光谱,还有丰富的扩展到近红外区域的合频和倍频光谱。对水的红外光谱分析可知,水在波长为2.01μm-2.5μm的吸收较小,形成一个被称为水传输窗的区域,所以水溶液物质最好的分析波长为2.0μm-2.5μm。水在3μm以上其吸收率大于6 AU/mm,很难测量其它物质。 2.2 葡萄糖光谱的特异性在葡萄糖固体和葡萄糖溶液中所得的葡萄糖红外吸收的基频早已有报导[2]。葡萄糖伸缩振动能产生很强的合频和倍频吸收带。葡萄糖水溶液的近红外(2.0μm-2.5μm)光谱的测量有吸收峰,葡萄糖的光谱是唯一的,但葡萄糖红外区的合频和倍频光谱与水、脂肪和血红蛋白电子吸收波段的几个合频和倍频频率相互重迭,即被其它成分的光谱所覆盖。这是葡萄糖红外光谱测量的主要干扰。有机混合物对在近红外区吸收谱带的重迭以及漫反射光谱并不是各成分单独存在时光谱的迭加。组织吸收对葡萄糖测量也有影响,在手指这样小的部位中近红外光会削弱3-4个吸收单位,而5mmoL/L的葡萄糖浓度变化,光谱吸收的变化约10-5个吸收单位。组织光散射对葡萄糖测量的影响也很大,组织散射的光强、定位误差和身体各因素的影响是最主要的测量误差,这些都影响[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]学在血糖检测中的应用。 2.3光谱分析方法 在红外光谱分析时化学计量学方法是很有效的。化学计量学(Chemometrics)采用多元分析校正统计学方法与计算技术,解析化学测量数据,由红外光谱算出样品各成分的含量。现在常用的多元分析校正方法中,进行血糖检测光谱分析效果较好的是偏最小二乘法(PLS),它将已知的葡萄糖浓度的光谱组,用主因子分析作定量计算的方法,对光谱矩阵进行特征向量分析,然后使用多元线性回归,找出极小的光谱变化和分析物浓度之间的关系,消除与葡萄糖无关的光谱变数,得出校正光谱,通过校正光谱和样品光谱的内积(即点积)确定葡萄糖浓度。 3 离体检测和在体检测的研究现状 3.1 离体[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]混合葡萄糖溶液测量 Jonathon T.Olesberg等使用80个含有葡萄糖、乳酸盐、丙胺酸、抗坏血酸盐、尿素和乙酸甘油酯样品,测量葡萄糖溶液在2.0μm-2.5μm波长带宽范围内的光谱,使用PLS校正光谱预测溶液成分的浓度。结果表明,在0-35mm内葡萄糖溶液的测量预测标准差为0.39mm,乳酸盐为O.12mm,丙胺酸为0.53mm,抗坏血酸盐为0.23mm,尿素为0.11mm,乙酸甘油酯为0.12mm,结果比较满意。目前在成分从简单到复杂的水溶液中是可以预测葡萄糖浓度的,但这些溶液相对血液或血浆还很简单,研究的成分最多是5种,所以还需进一步研究更多成分的水溶液来模拟血浆或血液系统。 3.2 血浆或全血[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]葡萄糖测量 Haahand[3]从人群中获得了4个不同的全血样本,并将葡萄糖加入其中。对每个个体,准备葡萄糖浓度从(3-743)mg/dl变化的20个血液样本,然后在(1.5-2.3)μm范围内收集每个样本的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url],再利用参照葡萄糖浓度,用这些光谱去创建PLS定标模型。对所得光谱进行研究之后表明,2.0μm-2.3μm含有很有多的葡萄糖信息。利用这段区域,所得交叉校验的SEP值为30.5mg/dL。这个误差很大,但它可以通过增加定标样本的数量和控制扫描过程中样本的温度而有所减少。Amord等人把数字滤波技术用于牛血浆葡萄糖浓度的测定。将牛血离心以得到血浆,加入不等量的葡萄糖共配制69个样本,并在2.01μm-2.5μm范围内收集这些样本的光谱。通过对这些光谱的观察,发现有些区域含有很高的噪声,他们引人傅立叶滤波以减少噪声和基线偏移。经过PLS定标和预测得出SEP值。结果表明,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]可用于测定血浆基质中的葡萄糖浓度,准确度和精度在允许的误差范围内。 我们用磷酸氢二钠和磷酸二氢钠配制不同浓度葡萄糖缓冲水溶液,葡萄糖浓度是18mg/dL-1800mg/dL。共配制20个溶液样本。另外还配制加有牛血清白蛋白(BSA)成分的葡萄糖溶液,配制时在900mg/dL的葡萄糖缓冲溶液中加入了70mg的BSA,制成样本,并在临床采集已知葡萄糖浓度的血样,使用MAGVA-AR560型近红外傅立叶变换光谱仪,在1.61xm-2.51xm段的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]范围进行研究。使用PLS分析也取得了较好的结果[4]。 3.3 在体[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]血糖测量 在体[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]血糖测量的关键是建立在体环境下的校正光谱,因为有很多误差来源影响测量,需要通过定标来消除或予以补偿。有些影响测量的误差却不容易合并到定标中,这样的误差来源主要有探测器定位误差、温度和脉搏的影响、检测设备的机械压力、水合作用、出汗、血容量以及血流比容积的变化等。现在主要有两种研究方法,一种是实验方法,在进行口服耐糖检测(OGTT)时从非糖尿病人群和糖尿病患者中无创地收集光谱信号,同时用有创伤的方法测量血糖浓度,最后在所得血糖值和无创性收集的光信号的关系基础上建立模型。这种方法不能测量出其它的代谢物、干扰物、生物噪声或者仪器与身体接触面的变化等信息,但它可计算出这些噪声所带来的影响。另一种方法是物理模型方法,在这种方法中,首先在一组标准葡萄糖溶液中测量葡萄糖的信号。然后逐渐增加标准液的复杂性来模拟人体组织,并描述每一步的精度和准确度,再用数学模型把数据关联起来,用于组织中的光线传播,最后把研究的测量方法和系统应用到人体中。所得的体内信号又与通过化学测量技术的有创伤数据关联起来。这种方法可以鉴别噪声成分,因此利用这种方法在使用化学测量技术之前消除噪声对信号的影响。 手背皮肤的近红外漫反射光谱特性,可知类似水溶液。人体组织在近红外区域也有一个传输窗,所以在2.0μm-2.5μm处有可能测量葡萄糖的浓度。一个含有脂肪和葡萄糖等的理论模型已经在2.0μm-2.5μm范围内用于模拟组织葡萄糖的光吸收[4]。在这些研究中所用的葡萄糖浓度通常要比生理浓度的范围高。但由于目前的几种技术还不能很好地确定所测的信号,对一个血糖浓度正在变化的个体来说,用口服耐糖试验的数据可以建立一个关于血糖浓度的无创性测量响应。在检测过程中产生的数据还可在后来的无创性测量中预测血糖浓度。由于无创性测量响应可能会带有非糖方面的生理影响,所以由口服耐糖试验和无创性测量回应关系所决定的临床定标就会产生一个定标曲线,这个曲线对被测个体来说是唯一的。但这种定标曲线可能需要通过有创伤的检测进行周期性的更新。用于定标的口服耐糖试验和饮食耐量试验会产生时间上连续的一系列测量值,但如果不能进行随机采样,这些由时间决定的数据就会影响多变量定标的结果。这样,光谱信号和噪声的临时分布可能会导致与血糖的不正确关联。在体经皮研究结果显示,到目前为止还不能鉴别直接测得的葡萄糖浓度和数据组内存在的偶然关系[5]。所以现在的研究水平用于家庭血糖监测仪还是不可接受的。 4 检测存在的问题 近红外在体检测葡萄糖浓度的缺点:(1)测量精度较低;(2)需要反复定标;(3)受到服用药物的影响,其它干扰因素较多;(4)水的近红外波段的吸收强度对溶解物
动态血糖监测系统是目前糖尿病检测领域的国际领先技术,以前掌握此技术的只有美国。而今天由中美合作的雷兰动态血糖监测系统在中国问世,并已获得SFDA的准字注册。雷兰便携式皮下动态葡萄糖监测系统能够以便捷、无痛的方式记录患者的血糖变化,形成全天24小时的连续血糖图谱,真实地反映患者在日常生活环境条件下血糖的变化,特别是发现目前临床检测方法不能捕捉到的夜间低血糖和黎明现象,其有效工作时间不少于72小时。 系统设计上充分体现了“以人为本”的理念,系统的微型针状葡萄糖传感电极直径只有约0.2毫米,不需借助任何辅助器具即可无痛直接刺入皮下,整个系统非常轻便,携带方便。该产品独特的专利技术填补了目前国内市场的空白。雷兰动态葡萄糖监测仪的特点是:每3分钟记录一个血糖平均值,每昼夜记录480个血糖值。佩带期间,每天只需要测一次指血。监测结束后由专业人员或医生将数据经专用软件下载到电脑中,形成一张连续、详细的血糖图谱,使患者的各项日常活动对血糖变化的影响一目了然(包括饮食、胰岛素、用药及运动等各种事件)。连续血糖图谱有效地解决了在糖尿病治疗中血糖监测盲点的问题。为患者提供个性化的治疗解决方案:从图谱上了解血糖的波动特点,帮助医生及时有效地调整胰岛素或用药的剂量及疗法等,使患者血糖得到更好控制,接近正常,并能够帮助减少直至杜绝低血糖的发生。有效应用的直接结果是延缓并发症,而在恶性并发症发生和发展的同时,用于强化治疗过程,能够使治疗达到最佳效果,为患者最大限度的节省医疗费用。比之传统血糖检验方法,雷兰系统能够更加客观、准确地在筛选、诊断早期糖尿病和孕产期糖尿病方面有所助益。有助提高医学界对糖尿病预防、诊断和控制的能力