主题：【第六届原创】电化学家用监测仪器正当时，第四代电极型血糖仪解析

电化学家用监测仪器正当时，第四代电极型血糖仪解析

    自从1971年世界上第一台血糖仪问世以来，经过多次重大改良，血糖仪已经发展到第五代：第一代水洗式血糖仪；第二代擦血式血糖仪；第三代比色法（光电型）血糖仪；第四代电化学法（电极型）血糖仪；第五代微采血量，多部位采血血糖仪；而离子电渗析技术无创型血糖仪已经面世、近红外光技术的无创血糖仪也将呼之欲出。

    现在，血糖仪不仅在外观作了重大人性化改进，更在精准性上做足了文章，使血糖监测数据能有效地指导临床。当今的血糖仪已从原来冷冰冰的一个医疗仪器变得类似手机一样轻便，成为广大糖尿病病友生活的好伴侣。检测需血量也从原来的20μl减至1μl左右，反应时间从早期的2分钟减至5秒左右，大大减轻了病友的痛苦，也提高了监测的效率。

    第四代电极型血糖仪是目前使用的主流血糖仪。它采用电化学原理，测试血糖试纸反应区内的生化酶与血液中葡萄糖产生的微电流，再转化成葡萄糖浓度读数。该类型血糖仪电极接口内藏，可以避免污染，误差范围在正负0.2mmol/L，精度高，正常使用的情况下，不需要校准，寿命长。这种检测方法不受环境强光影响，无需经常清洁，采血样本一般在机外，避免交叉感染的可能，但易受血中一些代谢性酸化还原物质和残留药物的干扰。

    市售电极型血糖仪基本原理相同。下面以国产X牌血糖仪为例，作一解析：

一、外观

血糖仪、取血笔、取血针、试纸条，装在收纳软包内：

血糖仪主要技术指标：

血糖仪各部位名称：

翻开后盖，电源采用一枚CR2032锂电池，据厂家称，可测1000次，很省电：

二、检测电路原理

电极型血糖仪检测原理：

    在检测试纸的电极表面的试剂中固化有葡萄糖氧化酶(GOD)，当血液滴到电极上时，血液中的葡萄糖会在葡萄糖氧化酶(GOD)的作用下发生氧化还原反应。氧化还原反应所产生的电子被导电介质转移给电极，在一定电压(一般为0.4-0.5伏特左右)的作用下，流过电极的电流（微安级）将发生变化，通过检测电流变化与葡萄糖浓度的关系达到检测血糖浓度的目的。葡萄糖氧化酶(GOD)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。

GOD氧化血液中β葡萄糖产生葡萄糖内酯和H2O2，同时释放出电子，具体的反应方程式如下：

电极型血糖仪电路结构框图：

    不同品牌电极型血糖仪，其电路结构都差不多，电路结构框图如下，指尖毛细管血被吸入试纸酶电极（酶生物传感器）产生微电流，该电流经I/V转换集成电路转换为电压信号，再通过放大滤波、输入主控MCU进行A/D转换、计算，结果由液晶板显示。

三、电路结构

取下电池，电池仓下面有一个固定螺丝：

将机壳卡扣拨开，内部只有一块电路板，非常简洁：

电路板这一面的电子元件比较少：

试纸条插口：

液晶板旁边有两个陶瓷微调电阻，调校参数用：

试纸条插口旁边的黑色元件（R6）是热敏电阻，作为检测环境温度的传感器。

    由于环境温度对试纸条上的葡萄糖氧化酶(GOD)的活性有影响，需要进行温度补偿。一般情况下，酶在20度以上活性变化不大，在20度以下，温度越低活性越差。活性变差就会在和葡萄糖反应时产生的电流变小，从而使测量结果变低，为了在不同的温度都能测出准确的血糖值，通过热敏电阻根据实时的温度情况来调节仪器电阻值，从而尽可能使酶和血液在不同的温度下都能产生和血糖值相匹配的电流，计算出正确的血糖值。

将主板取下：

电路板是双面的，这一面有：试纸条插口、前级I/V转换IC、晶振、主控MCU、储存器、电池座等元件。

前级电路I/V转换IC MCP60021，是Microchip Technology公司的1MHz带宽低功耗双运放，构成血糖信号变换及放大电路（将检测试纸微安级的电流信号转换为电压信号）：

MCP60021构成的电极型血糖仪前级电路示意图如下，酶电极（试纸条）由 WE（工作电极）、 CE（辅助电极）、 RE（参比电极）组成：

仪器的主控MCU，型号EM78PS20M，台湾义隆公司生产，内置78处理器的8位单片机，内部集成了A/D、显示等功能，它的下方是4MHz晶振：

电路板上的24LC16BI是E2PROM储存芯片，用于记录检测数据：

电路板上的元件空位很多，阉割了许多功能（或许是简化版）：

四、血糖试纸：

试纸的结构：由PET基板、电信号接插端、碳电极、保护盖膜、反应区及反应试剂组成。

将试纸反应区剥开，电极采用碳膜：

用低倍显微镜观看，黄色物质是反应试剂：

试纸条的电信号接插端，采用碳膜材质：

试纸条的质量关系到测量的准确性，在显微镜下，可以看见这张试纸上的试剂涂层不均匀，说明生产工艺还有待提高：

五、结束语

    通过拆解分析，可以看出电极型血糖测试仪电子元件成本并不高，电路的难度不大，关键在于生化酶试纸的稳定性能和生产工艺水平。国产仪器起步晚，与国外仪器还有一定差距。许多市售血糖测试仪并不贵，有些商家推出买试纸送血糖仪活动，大家要擦亮眼睛，注重耗材——血糖试纸的性价比。

    今后血糖仪的发展趋势是：采血部位的改变，采血与测定一体化，可重复测试的感应技术，用组织间质或体液作为葡萄糖检测的样本，埋入式针头或感应器，无创伤、无样本、红外测定等。

    利用电化学原理设计的便携式家用医疗监测仪，会越来越多的进入家庭。多功能电极型血糖仪已近面世，同一台仪器使用不同的试纸条，还可以测量总胆固醇、尿酸，其用途更为广泛。