本發(fā)明涉及生物醫(yī)療分析儀器
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于檢測血糖含量的裝置。
背景技術(shù)：
：糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病。高血糖則是由于胰島素分泌缺陷或其生物作用受損，或兩者兼有引起。糖尿病時長期存在的高血糖，會導(dǎo)致各種組織，特別是眼、腎、心臟、血管、神經(jīng)的慢性損害、功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降，嚴(yán)重?fù)p害患者的身心健康。雖然目前還沒有徹底治愈糖尿病的方法，但是，血糖管理可以有效降低發(fā)生并發(fā)癥的幾率，從而提高患者生活質(zhì)量。隨著血糖檢測技術(shù)的發(fā)展，糖尿病患者自我檢查、監(jiān)測血糖的意識越來越高。血糖檢測的基本原理是，采集患者的血液，使其與葡萄糖氧化酶發(fā)生反應(yīng)，將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號從而得到血糖含量信息。然而，目前來說，大部分測量血糖含量的裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制備成本較高，且精確度不高。同時，對于需要隨身攜帶血糖檢測裝置的患者，常見的通過蓄電池供電的血糖檢測裝置，可能會出現(xiàn)需要測量血糖但蓄電池沒電的情況，且出門在外很有可能不方便隨時充電，這種情況下延后檢測可能會使患者錯過最佳控制、治療時機。光電池，是指能在光的作用下產(chǎn)生電動勢的元件，它是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，能將可見光轉(zhuǎn)化為直流電。有二種基本類型的半導(dǎo)體材料，分別叫做正電型(或P型態(tài))和負(fù)電型(或N型態(tài))。在一個光電池中，這些材料的薄片被一起放置，而且他們之間的實際交界叫做P-N結(jié)。通過這種結(jié)構(gòu)方式，P-N結(jié)暴露于可見光下，P-N結(jié)的兩側(cè)會產(chǎn)生電壓，這樣連接到P型材料和N型材料上的電極之間就會有電流通過。光電池沒有污染，只需要裝置和陽光就可工作。理論上，光電池能提供在數(shù)年內(nèi)提供能量。然而，由于受到電極材料的限制，光電池的產(chǎn)電效率普遍不高，且使用次數(shù)較少，導(dǎo)致光電池的推廣使用受到限制。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測血糖含量的裝置，該裝置設(shè)置有光電池，光電池的光電極具有較高的穩(wěn)定性和持續(xù)高效催化的能力，可隨時通過光電池進(jìn)行高效供電，使患者出門在外可隨時檢測血糖。技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種用于檢測血糖含量的裝置，該裝置包括血糖傳感器、光電池以及蓄電池。血糖傳感器可以為具有常見的血糖傳感器結(jié)構(gòu)和組成的設(shè)備；優(yōu)選地，血糖傳感器包括從上到下依次堆疊的第一保護(hù)層、葡萄糖氧化酶層、碳納米纖維/全氟磺酸聚合物層、鉑黑層、工作電極層、全氟磺酸聚合物層、對電極/參比電極層、鉑黑層以及第二保護(hù)層；其中，第一保護(hù)層和第二保護(hù)層由聚氨酯構(gòu)成，工作電極和對電極分別為沉積在所述全氟磺酸聚合物層兩個表面的金層。進(jìn)一步地，該裝置還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和二次電池；血糖傳感器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將血糖傳感器傳來的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸?shù)?，光電池與二次電池相連以將其產(chǎn)生的電能輸送到二次電池儲存，二次電池為整個裝置供電。其中，二次電池可以為常見的適用于便攜式設(shè)備的二次電池，由于聚合物鋰離子電池能量密度大，壽命長，安全可靠，因此選擇聚合物鋰離子電池作為該裝置中的二次電池。光電池具有公知的光電池的結(jié)構(gòu)，其包括陽極、陰極以及設(shè)置在陽極和陰極之間的電解質(zhì)；陰極和電解質(zhì)可以是公知的光電池陰極和電解質(zhì)；陽極包括導(dǎo)電玻璃和負(fù)載在導(dǎo)電玻璃上的光催化劑，導(dǎo)電玻璃可以為FTO或ITO；為了進(jìn)一步提高光電極的光電轉(zhuǎn)化效率，使光催化劑為修飾有式(1)所示分子的TiO2；有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:(1)將光電池與血糖傳感器集成到同一個裝置中，使得光電池在光下產(chǎn)生電動勢，隨時對二次電池充電，以對整個裝置進(jìn)行不間斷供電，避免患者出門在外由于電池沒電延后血糖檢測導(dǎo)致錯過最佳控制、治療時機的情況；(2)光電池的光陽極使用的光催化劑為修飾有式(1)所示分子的TiO2，式(1)所示的分子可牢固吸附在TiO2表面，從而提供穩(wěn)定、高效的光電池性能；(3)直接在由高分子聚合物構(gòu)成的薄膜表面以物理氣相沉積的方法形成電化學(xué)兩電極體系，并通過層層堆疊，在陽極電極表面依次修飾催化層、防干擾層、葡萄糖氧化酶層及限制傳質(zhì)的保護(hù)層，從而形成血糖傳感器，無需光刻或網(wǎng)版印刷等技術(shù)，簡化了血糖傳感器的加工工藝、降低生產(chǎn)成本；且該傳感器信號長期穩(wěn)定性好，抗干擾性強，響應(yīng)速度快，靈敏度可達(dá)150μA/(mmol/L·cm-2)以上。具體實施方式實施例1血糖傳感器的制備(1)制備工作電極層和對電極-參比電極層取厚度為30～100μm的全氟磺酸聚合物薄膜作為基材，將其切割成2mm*2mm的正方形。將基材在乙醇、水中超聲清洗。在清洗后的薄膜兩側(cè)分別通過物理氣相沉積法制備10～20μm金層，其中一側(cè)的金層作為工作電極，另一側(cè)的金層同時作為對電極/參比電極。(2)制備鉑黑層在兩側(cè)的金層上采用恒電位法分別沉積一層鉑黑層。(3)制備碳納米纖維/全氟磺酸聚合物層在步驟(2)得到的片材表面設(shè)置絕緣層，在設(shè)定電極工作區(qū)域表面制備通孔形成工作區(qū)域；將1mL濃度為10wt％的全氟磺酸聚合物溶液加入到9mL直徑為2～5微米的碳納米纖維的分散液中，獲得全氟磺酸聚合物-碳納米纖維分散液，將片材浸入到碳納米纖維-全氟磺酸聚合物分散液中，以片材的一面為工作電極，另一面為對電極，用恒電位法使碳納米纖維和全氟磺酸聚合物吸附在工作電極表面沉積，加入交聯(lián)劑交聯(lián)，形成以聚合物為骨架的碳納米纖維/全氟磺酸聚合物層，使碳納米纖維/全氟磺酸聚合物充分固定。(4)制備葡萄糖氧化酶層將10mg牛血清蛋白與10mg葡萄糖氧化酶的混合粉末溶解于2ml的去離子水中形成葡萄糖氧化酶溶液，步驟(3)獲得的片材浸入上述葡萄糖氧化酶溶液中，以片材的碳納米纖維/全氟磺酸聚合物層為工作電極，另一面為對電極，用恒電位法，將葡萄糖氧化酶吸附到工作電極上，加入交聯(lián)劑，通過交聯(lián)固化的方法使葡萄糖氧化酶層充分交聯(lián)固化，再用去離子水沖去未固定的酶。(5)形成聚氨酯保護(hù)層在片材的葡萄糖氧化酶層和另一側(cè)的鉑黑層表面分別形成聚氨酯保護(hù)層。(6)裝配傳感器，通過該方法制得的血糖傳感器，可以長時間穩(wěn)定準(zhǔn)確地測量血糖。(7)對傳感器進(jìn)行靈敏度測試：將15ml空白PBS溶液(pH7.0)注入檢測池中，將傳感器浸入檢測池的PBS溶液中，恒溫37℃條件下攪拌溶液，同時向電化學(xué)體系的工作電極施加恒電位0.3V，初始化30min后，每隔10分鐘，向檢測池中加入0.03mmol葡萄糖，使檢測池中的葡萄糖濃度由0上升至30mM。檢測結(jié)果顯示，該傳感器線性響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)速度快，平均靈敏度達(dá)150μAcm-2(mmol/L)-1。實施例2光電池的制備(1)光陽極的制備將0.76g6-甲基煙堿酸甲酯和2.4g丙磺酸內(nèi)酯溶于15ml乙腈中并將該溶液在90℃下攪拌20小時，冷卻至室溫，將反應(yīng)混合物減壓濃縮，得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物通過柱層析純化并獲得1.6g化合物B?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：取0.5g化合物B、0.48g化合物C、1.07mg哌啶以及0.73mg乙酸溶于25mL甲苯中，并將該溶液在105～115℃攪拌15小時，冷卻至室溫后，減壓濃縮，得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物通過柱層析純化并獲得0.4g化合物D。化學(xué)反應(yīng)式為：取0.2g化合物D和0.17g碘化鋰加入到10ml吡啶中，將混合物在105～115℃攪拌20小時，冷卻至室溫后，減壓濃縮，得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物通過柱層析純化并獲得1.7mgl化合物A?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：通過絲網(wǎng)印刷方法將二氧化鈦涂覆到ITO表面，100℃干燥10分鐘，然后將溫度上升至400℃熱處理50分鐘，然后在550℃熱處理20分鐘，即得到涂覆有二氧化鈦的ITO基底。將0.05g化合物A溶于50ml乙腈/叔丁醇/乙醇(1:2:1)的混合溶液中。在室溫下，將涂覆有二氧化鈦的ITO基底浸入該混合溶液中浸泡4小時，使化合物A的分子充分吸附到基底表面，即得到光陽極。通過光電極的透射光譜評價化合物A在基底表面的吸附穩(wěn)定性：通過紫外-可見分光光度計測量光陽極的紫外-可見吸收光譜；然后在暗處將光陽極在γ-丁內(nèi)酯(GBL)中浸泡3天，再通過紫外-可見分光光度計測量光陽極的紫外-可見吸收光譜，從而推算化合物A的吸附性。實驗結(jié)果表明，在GBL中浸漬3天之后，97％的化合物A保留在TiO2電極上。使用該光陽極組裝的光電池，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.5％。(2)光電池的組裝使用磁控濺射的方法在ITO表面覆蓋一層鉑，從而得到陰極。將凝膠聚合物電解質(zhì)涂覆在光陽極表面，從而形成電解質(zhì)層，將電解質(zhì)層面對陰極設(shè)置，在陽極和陰極之間設(shè)置多孔熱塑性聚合物薄膜，薄膜厚度在40～60微米之間。將陽極、電解質(zhì)、薄膜、陰極的堆疊物在80℃熱壓10秒，從而得到光電池。其中，凝膠聚合物可以為光電池領(lǐng)域已知的任意一種凝膠聚合物電解質(zhì)，多孔熱塑性聚合物薄膜為光電池領(lǐng)域已知的任意一種熱塑性聚合物薄膜，其孔徑在10～15微米。實施例3(1)血糖測量儀的制備將實施例1制得的血糖傳感器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，使血糖傳感器輸出的電信號由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。光電池與二次電池相連，二次電池為血糖傳感器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電。進(jìn)一步地，血糖測量儀中還設(shè)置有溫度傳感器、單片機和顯示器，溫度傳感器感知環(huán)境溫度，并將溫度信息輸送給單片機。單片機接收到溫度信息以及血糖信息，除去溫度對血糖信息的影響，從而輸出校正后的血糖含量信息給顯示器。(2)使用血糖測量儀對血糖進(jìn)行測試取5份已知血糖濃度的血漿樣品，記作樣品A、樣品B、樣品C、樣品D和樣品E。分別通過血糖測量儀對五份樣品進(jìn)行血糖含量測試，每個樣品測三次取平均值。樣品A～E的血糖含量以及測試結(jié)果如表1所示。由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的糖測量儀誤差范圍在2％以內(nèi)。表1已知濃度測量結(jié)果測量誤差樣品A4.3mmol4.3mmol0樣品B5.4mmol5.3mmol1.9％樣品C6.5mmol6.6mmol1.5％樣品D7.5mmol7.5mmol0樣品E8.0mmol8.1mmol1.3％當(dāng)前第1頁1 2 3