CN106974661B - 一种亲和型的血糖浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种亲和型的血糖浓度检测装置，包括差分式MOS结构，外部封装材料和外部数据采集及处理系统，为使亲糖聚合物不可流出场效应电容层，采用表面小孔为5nm的石墨烯作为半透膜，半透膜还作为场效应电容层的一部分，由脉搏振动迫使其振动；针对检测稳定性、准确性问题，采用差分式MOS结构补偿；针对数据采集问题，金属层呈“回”字形状使外部天线可对装置进行数据采集，其外部数据采集及处理系统可以给差分式MOS结构无线供电并采集由于血糖浓度改变引起半透膜振幅改变而产生的漏源电流数据，并根据采集到的漏源电流数据进行处理最终得到血糖浓度数据，该检测装置无需在体内植入供电装置，实现体内血糖浓度连续检测，稳定性、准确性高，响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种血糖浓度检测装置，尤其涉及一种亲和型的血糖浓度检测装置及检测方法。
背景技术
糖尿病影响着中国将近一亿的患者，糖尿病由体内胰岛素绝对或相对缺乏引起的血液中葡萄糖浓度升高所致，进而大量的糖从尿液中排出，人体则呈现出多饮、多尿、多食、消瘦、头晕、乏力等症状，其并发症是导致失明、末期肾病等的主要原因，糖尿病目前尚没有根治的办法。糖尿病已成为当今世界威胁人类健康的严重疾病之一。
然而血糖检测装置仍需要有很大的改进。密切监测和调节血糖浓度可大幅(50％以上)降低糖尿病并发症的发生率。对葡萄糖浓度进行高频率不间断测量的连续葡萄糖监测(CGM)，是监测血糖浓度的最有效办法。
申请号为CN201410205838.4的发明专利《一种透射式无创血糖检测装置》，提出一种透射式无创血糖的检测装置及方法，该发明采用光透射手指，利用光电检测器检测光学信号同时转换成电信号，进而对电信号放大、解调、分析和计算得到血糖浓度，优点在于其无创，然而其缺点在于：从体外采集数据不能真正接触血液本身，误差较大，测量周期较长。
申请号为CN201310751879.9的发明专利《一种血糖检测装置及其制备方法》，提出一种基于显色试纸的血糖检测装置，通过检测显色试纸的显色情况判断血糖的浓度，优点在于：采用面取血的办法，取血创伤较小，测量准确度较高，缺点在于：每次检测人体血糖浓度都要采血，比较麻烦，且测量周期较长。
发明内容
为了克服上述血糖检测的缺点，解决检测周期长等问题，本发明的目的是提供一种亲和型的血糖浓度检测装置，可嵌入人体内，不需要采血，且该装置半透膜的作用不仅是允许血糖分子进出，还作为场效应电容层的一部分，由脉搏振动迫使其振动，不需要外界额外提供动力。该装置可实现连续葡萄糖监测，且稳定性、准确性高，响应速度快。
本发明解决问题所采用的技术方案为：一种亲和型的血糖浓度检测装置，其装置包括：差分式MOS结构，外部封装材料和外部数据采集及处理系统，其特征在于差分式MOS结构包括左边MOS结构、右边MOS结构，装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层、右边场效应电容层，左边半透膜、右边半透膜，一块水凝胶，其左边MOS结构和右边MOS结构包括自下而上的一块长方体硅衬底，位于硅衬底对角四分之一处及四分之三处的左边背栅极和右边背栅极，覆盖除左边场效应电容层和右边场效应电容层以外的整个衬底的氧化层和覆盖整个氧化层的呈“回”字形状的金属层，其装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层和右边场效应电容层由下方的硅衬底，中间的氧化层和上方的左边半透膜，右边半透膜组成，其左边半透膜和右边半透膜分别位于左边场效应电容层和右边场效应电容层的正上方且位于金属层下方，其水凝胶位于右边半透膜正上方，金属层的下方，大小与右边半透膜相等，其外部封装材料覆盖除左边背栅极和右边背栅极垂直往上空间的整个装置表面，其外部数据采集及处理系统正对于差分式MOS结构，包括外部天线和无线供电装置。
所述的血糖检测装置中左边半透膜和右边半透膜为石墨烯，孔径大小均为5nm。
所述的血糖检测装置中亲糖聚合物是聚3-丙烯酰胺苯硼酸-丙烯酰胺。
所述的血糖监测装置中外部封装材料为亲和型材料SU-8。
所述的血糖检测装置中其检测方法是：首先利用血糖分子透过左边半透膜和右边半透膜进入左边场效应电容层和右边场效应电容层与亲糖聚合物发生可逆的特异性结合，使左边场效应电容层和右边场效应电容层内亲糖聚合物的粘滞系数发生改变，并采用差分式补偿以消除非粘滞系数改变带来的影响，然后利用脉搏跳动迫使左边半透膜振动使得左边场效应电容层厚度发生改变，并建立起左边半透膜的振幅与由于左边场效应电容层厚度改变而改变的漏源电流值的关系，最后通过外部数据采集及处理系统检测在固定栅压下的漏源电流值达到检测血糖浓度的目的。
所述的血糖检测方法中半透膜振动为利用脉搏跳动迫使半透膜做同频率振动。
所述的血糖检测方法中差分方式补偿为检测到的左边的漏源电流与右边的漏源电流的差值的绝对值作为漏源电流补偿值。
所述的血糖检测方法中可逆的特异性结合为亲糖聚合物只与血糖分子反应且反应过程可逆。
所述的血糖检测方法中漏源电流值为左边的漏源电流减去漏源电流补偿值。
由于采用上述方案，本发明具有以下优点：
(1)石墨烯既作为允许血糖分子进入场效应电容层而不允许亲糖聚合物进入血液中的半透膜，又作为场效应电容层的一部分组成，利用脉搏跳动迫使其振动无需单独提供动力，优化了自身结构。
(2)利用差分式补偿有效消除非粘滞系数改变带来的影响，抑制检测信号的漂移。
(3)实现血糖的连续检测，且稳定性、准确性高，响应速度快。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
图1是该血糖检测装置的结构剖面示意图。
图2是该血糖检测装置的差分式MOS结构剖面示意图。
图3是该血糖检测装置的衬底和背栅极侧视图。
图4是该血糖检测装置的氧化层和半透膜侧视图。
图5是该血糖检测装置的差分式MOS结构和外部封装材料侧视图。
图6是该血糖检测方法的流程图。
具体实施方式
图1至图5中，一种亲和型的血糖浓度检测装置，其装置包括：差分式MOS结构10，外部封装材料20和外部数据采集及处理系统30，其特征在于差分式MOS结构包括左边MOS结构101、右边MOS结构102，装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层103、右边场效应电容层104，左边半透膜105、右边半透膜106，一块水凝胶107，其左边MOS结构101和右边MOS结构102包括自下而上的一块长方体硅衬底1011，位于硅衬底对角四分之一处及四分之三处的左边背栅极1012和右边背栅极1021，覆盖除左边场效应电容层103和右边场效应电容层104以外的整个硅衬底1011的氧化层1013和覆盖整个氧化层1013的呈“回”字形状的金属层1014，其装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层103和右边场效应电容层104由下方的硅衬底1011，中间的氧化层1013和上方的左边半透膜105，右边半透膜106组成，其左边半透膜105和右边半透膜106分别位于左边场效应电容层103和右边场效应电容层104的正上方且位于金属层1014下方，其水凝胶107位于右边半透膜106正上方，金属层1014的下方，大小与右边半透膜106相等，其外部封装材料20覆盖除左边背栅极1012和右边背栅极1021垂直往上空间的整个装置表面，其外部数据采集及处理系统30正对于差分式MOS结构10，包括外部天线和无线供电装置。
图6中，一种亲和型血糖浓度检测装置的检测方法：首先利用血糖分子透过左边半透膜105和右边半透膜106进入左边场效应电容层103和右边场效应电容层104与亲糖聚合物发生可逆的特异性结合，使左边场效应电容层103和右边场效应电容层104内亲糖聚合物的粘滞系数发生改变，并采用差分式补偿以消除非粘滞系数改变带来的影响，然后利用脉搏跳动迫使左边半透膜105振动使得左边场效应电容层103厚度发生改变，并建立起左边半透膜105的振幅与由于左边场效应电容层103厚度改变而改变的漏源电流值的关系，最后通过外部数据采集及处理系统30检测在固定栅压下的漏源电流值达到检测血糖浓度的目的。将该血糖检测方法应用于该血糖检测装置，只需要通过采集漏源电流变化量，经外部数据采集及处理系统30处理即可获得血糖浓度，可实现体内血糖浓度连续检测，稳定性、准确性高，响应速度快。
Claims (9)
1.一种亲和型的血糖浓度检测装置包括：差分式MOS结构，外部封装材料和外部数据采集及处理系统，其特征在于差分式MOS结构包括左边MOS结构、右边MOS结构，装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层、右边场效应电容层，左边半透膜、右边半透膜，一块水凝胶，左边MOS结构和右边MOS结构包括自下而上的一块长方体硅衬底，位于硅衬底对角四分之一处及四分之三处的左边背栅极和右边背栅极，覆盖除左边场效应电容层和右边场效应电容层以外的整个衬底的氧化层和覆盖整个氧化层的呈“回”字形状的金属层，装载有亲糖聚合物的左边场效应电容层和右边场效应电容层由下方的硅衬底，中间的氧化层和上方的左边半透膜，右边半透膜组成，左边半透膜和右边半透膜分别位于左边场效应电容层和右边场效应电容层的正上方且位于金属层下方，水凝胶位于右边半透膜正上方，金属层的下方，大小与右边半透膜相等，外部封装材料覆盖除左边背栅极和右边背栅极垂直往上空间的整个装置表面，外部数据采集及处理系统正对于差分式MOS结构，包括外部天线和无线供电装置。
2.根据权利要求1所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于左边半透膜及右边半透膜材料为石墨烯，表面小孔大小均为5nm。
3.根据权利要求1所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于亲糖聚合物是聚3-丙烯酰胺苯硼酸-丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于外部封装材料为亲和型材料SU-8。
5.根据权利要求1至4任意一项权利要求所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于检测方法是：首先利用血糖分子透过左边半透膜进入左边场效应电容层，血糖分子透过右边半透膜进入右边场效应电容层，分别与亲糖聚合物发生可逆的特异性结合，使左边场效应电容层和右边场效应电容层内亲糖聚合物的粘滞系数发生改变，并采用差分式补偿以消除非粘滞系数改变带来的影响，然后利用脉搏跳动迫使左边半透膜振动使得左边场效应电容层厚度发生改变，并建立起左边半透膜的振幅与由于左边场效应电容层厚度改变而改变的漏源电流值的关系，最后通过外部数据采集及处理系统检测在固定栅压下的漏源电流值达到检测血糖浓度的目的。
6.根据权利要求5所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于检测方法中半透膜振动为利用脉搏跳动迫使半透膜做同频率振动。
7.根据权利要求5所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于检测方法中可逆的特异性结合为亲糖聚合物只与血糖分子反应且反应过程可逆。
8.根据权利要求5所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于检测方法中差分式补偿是检测到的左边的漏源电流与右边的漏源电流的差值的绝对值作为漏源电流补偿值。
9.根据权利要求5所述的一种亲和型的血糖浓度检测装置，其特征在于其检测方法中漏源电流值是左边的漏源电流减去漏源电流补偿值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200117 Termination date: 20210119 |