基于手機的唾液葡萄糖無線檢測技術(shù)研究

【作者】李晶晶，于洋，呂勇強，劉靜,2＊

1 清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系，北京，100084

2 中國科學院理化技術(shù)研究所，北京，100190

0 引言

糖尿病是一種內(nèi)分泌代謝疾病，主要表現(xiàn)為慢性高血糖，并伴有因胰島素分泌缺陷或作用缺陷引起的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟(International Diabetes Federation, IDF)2009年的數(shù)據(jù)預測[1]，2010年全球糖尿病患者超過2.85億，且這一數(shù)字還在以令人觸目驚心的速率不斷增長。

人體若長期處于高血糖狀態(tài)，不僅要承受代謝紊亂造成的傷害，還面臨著諸多并發(fā)癥的威脅，如心血管、視網(wǎng)膜和腎臟等組織的病變，甚至會因下肢神經(jīng)病變而不得不采取截肢措施。研究表明，經(jīng)過小心的血糖控制，這些并發(fā)癥都能得到延緩，甚至可以避免發(fā)生。而血糖控制涉及常規(guī)血糖水平測量、飲食控制、藥物治療及運動輔助控制等環(huán)節(jié)，其中隨時檢測血液中葡萄糖水平是關鍵。因此，發(fā)展可靠的、便利的低成本血糖檢測方法十分重要。

家庭中常用的血糖測量方法，一般采用針扎指尖，將血液樣本滴在血糖試紙上進行血糖測量。但這種針扎采血的方式，不僅給患者造成了肉體上的痛楚，還有可能帶來感染的風險，因此無創(chuàng)血糖檢測一直成為各國醫(yī)療界關注的熱點[2]。

與血液標本相比，唾液標本易于獲取，且對病人無損傷。唾液的化學成分與血漿密切相關[3]，因此唾液標本已被用于檢測某些血漿成分或治療藥物的濃度。近年來的研究發(fā)現(xiàn)[4-7]，健康人清晨空腹時，唾液中葡萄糖含量范圍為10～100μmol/L，正常人唾液葡萄糖含量與血液葡萄糖含量之間存在顯著的相關性；糖尿病患者在注入胰島素后，其血液葡萄糖含量會下降，唾液葡萄糖含量隨之降低[8]，也存在相關性。研究表明[9,10]，糖尿病患者腮腺基底膜會增厚，因而通透性增加，當血糖水平上升時，血液中的葡萄糖在濃度差的作用下透過基底膜進入唾液中，這也是引起糖尿病人牙周病的主要原因。所以，檢測唾液中葡萄糖的含量對糖尿病人了解病情有參考意義。但也應注意，相對于血糖而言，唾液葡萄糖的含量極低，僅為血糖濃度的1/50～1/100，因此如何提高低濃度葡萄糖的檢測精度及準確度，是此類方法的難點所在。

唾液葡萄糖檢測的關鍵在于提高電極的靈敏度以適應低濃度的葡萄糖檢測，以及開發(fā)可拋棄型電極以滿足市場化需求等。前者可通過調(diào)節(jié)電化學反應中的各反應物濃度配比，以及采用納米電極增大反應接觸面積等實現(xiàn)。文獻[3]采用前人報道的方法[11]自行合成新色原TBHBA，調(diào)節(jié)試劑配置比例，制作了高靈敏度的唾液葡萄糖試紙，并通過試紙的顯色反應及比色法圖像處理的方式進行葡萄糖濃度的測定，其制作的試紙靈敏度較血糖試紙?zhí)岣吡?1倍，達到了檢測唾液葡萄糖濃度的要求。但比色法需要與特定的8種濃度下試紙反應顏色進行比較，介于這8種濃度之間的數(shù)值，需要進行線性插值來計算最后唾液葡萄糖的濃度，精度尚不高。文獻[12]研究了不同納米顆粒（Au、Ag、SiO2、Al2O3及復合Al2O3-Au納米顆粒）用于葡萄糖傳感器的酶電極制備中對靈敏度的影響，表明復合SiO2-Au納米顆粒的增強作用比單獨使用某種納米顆粒大很多。文獻[13]則研究了一種普魯士藍金（PB-Au）復合納米材料制作的新型葡萄糖生物傳感器，具有電催化活性、靈敏度高、操作穩(wěn)定性和重復性好的優(yōu)點。在降低檢測成本方面，文獻[14]針對葡萄糖傳感器研究中貴金屬電極制作成本過高的問題，對可拋棄型葡萄糖電極進行了研發(fā)。該類傳感器的設計和制作，已引起人們極大的關注，并成為熱門研究課題[15]。

從技術(shù)的發(fā)展角度來看，手機幾乎可以實現(xiàn)對人體所有生理參數(shù)包括血糖在內(nèi)的檢測[16]。專利[17]提出了一種血糖測試和數(shù)據(jù)上傳技術(shù)，Healthpia公司據(jù)此開發(fā)了兩款產(chǎn)品：一體式血糖手機和可與手機終端連成一體的血糖測試適配器。但這種技術(shù)依托于特制手機，一定程度上使其應用受限。文獻[18]研制出一種基于移動通訊的血糖監(jiān)護系統(tǒng)，其測試部分與手機為有線連接，靈活性有待進一步提升。

總之，研制精度高、重復性好和低成本的測試系統(tǒng)尤其是可拋棄型唾液葡萄糖電極，有助于唾液葡萄糖檢測技術(shù)的普及。從這一目標出發(fā)，本文結(jié)合唾液檢測的無創(chuàng)優(yōu)勢及手機醫(yī)療的普適性，研制了一種手機型唾液葡萄糖檢測儀，并通過原理性試驗初步證實了它的可行性。

1 唾液葡萄糖檢測原理和方法

1.1 電化學原理

唾液葡萄糖檢測的電化學原理在于葡萄糖的氧化還原反應[19]：

其中，GOD為葡萄糖氧化酶，M為電子介體，下標ox表示為氧化態(tài)，下標red表示為還原態(tài)。這個介體循環(huán)過程中產(chǎn)生的電流與葡萄糖濃度之間呈線性關系。葡萄糖氧化酶對葡萄糖具有高度的特異性，它不能與其他糖類發(fā)生氧化還原反應，故可精確測定葡萄糖含量。電子介體如二茂鐵衍生物、鐵氰化物、導電有機鹽、吩噻嗪或醌類化合物等已廣泛應用于葡萄糖氧化酶的電接觸[19]。

1.2 血糖測量原理

借助于特定的葡萄糖試紙，將待測葡萄糖溶液滴于其上，便會產(chǎn)生電化學反應。在恒定電壓的作用下，電化學產(chǎn)生的自由電子定向移動，從而產(chǎn)生電流。將電流轉(zhuǎn)換成電壓后加以放大，對此電壓信號進行采集，可以得到電化學反應中電信號的變化[18]。對此變化的電信號進行積分運算，可以得到與反應產(chǎn)生的總電量成正相關的數(shù)值。在每個葡萄糖濃度下，可以得到一個對應的數(shù)值，測量出相應關系后，即可獲得葡萄糖溶液的濃度。

1.3 生化傳感器

用于檢測葡萄糖濃度的試紙一般采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)（圖1），將導體和絕緣體按照一定的模式印制在平面基底(塑料或陶瓷)上[20]。每一片試紙上均有印刷好的工作電極、輔助電極和參比電極，其中，工作電極用一些必要的試劑（如酶、電子介體、穩(wěn)定劑、連接劑）修飾。這些試劑的修飾通常采用噴墨印刷技術(shù)來完成。參比電極用來定位零點，工作電極和參比電極構(gòu)成一個不通或少通電的體系，利用參比電極電位的穩(wěn)定性來測量工作電極的電勢。而工作電極和輔助電極構(gòu)成一個通電的體系，用來測量工作電極通過的電流。試紙上還提供了固定的反應空間，確保每一次血液添加量的一致。

圖1 葡萄糖檢測試紙示意[20]Fig.1 Schematic for glucose test paper [20]

本文重點在于手機測試軟硬件系統(tǒng)的研制，不過多觸及測量試紙本身。葡萄糖試紙采用了面市的三諾牌安穩(wěn)血糖測試條，其檢測范圍為2.2 mmol/L～27.8 mmol/L，測試精度為0.1 mmol/L。盡管其分辨率存在局限性，但也能用于評估本系統(tǒng)在無線檢測葡萄糖溶液濃度上的可行性。葡萄糖檢測試紙如圖1所示。

2 唾液葡萄糖檢測系統(tǒng)的硬件設計

2.1 電路設計

本文研制的基于手機的唾液葡萄糖檢測系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集放大與后臺處理三部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 基于手機的唾液葡萄糖檢測系統(tǒng)原理框圖Fig.2 Principle frame for the mobile phone based saliva glucose detection system

數(shù)據(jù)采集部分由恒定電壓激勵模塊、數(shù)據(jù)放大電路模塊、單片機(MCU)模塊三部分組成。酶電極在恒定電位激勵下，電極上發(fā)生葡萄糖的氧化還原反應產(chǎn)生響應電流，經(jīng)過采樣電阻R轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入到數(shù)據(jù)放大模塊。放大電路模塊采用TI公司的單電源供電、低功耗、低噪聲、低漂移、高輸入阻抗的放大器TLV2254和TLV2252。MCU選用了TI公司的MSP430F149芯片，該單片機工作電壓為1.8 V到3.6 V，有12位AD轉(zhuǎn)換、16位定時器及32KB+256B閃存和2 KB的RAM。MCU主要用于A/D采樣及串口通信兩個功能。

16路模擬開關分別是由IC外部的8路模擬信號輸入和內(nèi)部4路參考源輸入，以及1路內(nèi)部溫度傳感器源及AVCC-AVSS/2電壓源輸入。外部8路從A0-A7輸入，本系統(tǒng)中采用A0通道，進行單通道多次轉(zhuǎn)換。

ADC的時鐘源有ADC12OSC，ACLK，MCLK和SMCLK，本系統(tǒng)中采用2分頻的ACLK。采集與保持電路的作用是確保A/D轉(zhuǎn)換器在完成一次轉(zhuǎn)換的時間內(nèi)，模擬輸入信號保持不變。本系統(tǒng)中采用Timer A作為觸發(fā)源和采樣定時器，具有自動多次采樣和轉(zhuǎn)換的優(yōu)點。本系統(tǒng)的采樣時間為：

本系統(tǒng)中設置TCCR0=7，因此有：

即采樣頻率為512 Hz。

ADC內(nèi)核在每次完成轉(zhuǎn)換時都會將相應通道上的輸出結(jié)果存貯到緩沖區(qū)單元中，共有16個通道緩沖單元有對應的控制寄存器，便于實現(xiàn)靈活的控制。本系統(tǒng)將采樣結(jié)果實時地通過串口發(fā)送藍牙。

串口通信采用MSP430F149的USART串行異步模式。在此模式下，接收器自身實現(xiàn)幀的同步，外部的通訊設備并不使用該時鐘。異步幀格式有1個起始位、7個或8個數(shù)據(jù)位、校驗位（奇/偶/無）、1個地址位、以及1個或2個停止位，一般最小幀為9位，最大為13位。本系統(tǒng)中收發(fā)雙方均采用8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、無校驗位的9位最小幀。A/D采樣得到的數(shù)據(jù)為12位，存儲為兩個8位的數(shù)據(jù)，傳輸過程中按照先傳高8位，后傳低8位的形式進行。

串口通信過程中，要求收發(fā)雙方具有相同的波特率、字符格式及奇偶校驗。為了提高收發(fā)雙方的通信可靠性，必須使收發(fā)雙方波特率相差小于4.5%。發(fā)送時采用2位停止位，接收采用1位停止位或者增加字節(jié)之間的間隔均有助于減少丟包現(xiàn)象，從而提高通信可靠性。本系統(tǒng)中將收發(fā)雙方波特率均設置為9600bps。

為了降低硬件的功耗，本系統(tǒng)采用中斷方式進行A/D采樣和串口通訊。在等待中斷信號的過程中，使MSP430F149進入低功耗模式LPM3。

MSP430F149采用開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench 5.3 Evaluation，用C語言進行開發(fā)，并通過USB-JTAG接口進行程序的燒寫和在線調(diào)試。

電源模塊采用MAXIM公司的MAX604，輸入為4V的電池，輸出穩(wěn)壓3.3V，輸出電流最高可達500mA。本系統(tǒng)中采用穩(wěn)壓芯片MAX604的經(jīng)典應用電路，并在電池的正極添加開關及通電指示燈，控制電路的供電，并顯示供電的狀態(tài)。

傳感器采用3電極的血糖試紙。三電極是指工作電極、輔助電極及參比電極，工作電極和輔助電極構(gòu)成通電體系，可測量流過工作電極的電流，參比電極用于標定零電位，可測量工作電極的電極電勢。在本系統(tǒng)中設置參比電極與輔助電極為零電位，利用采樣電阻將流經(jīng)工作電極和輔助電極的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，并在后續(xù)的信號處理電路中，對該電壓信號進行濾波和放大。

本系統(tǒng)中將MSP430在ADC采樣中使用的內(nèi)部參考源1.5V進行分壓后，取200mV作為電壓激勵，施加于集成運放的正輸入端，利用運放“虛短”的特性，將電壓施加在試紙上，促進電化學反應中電流的形成。由電流電壓關系可得：

從而可以通過測量的值來推算出血糖試紙上電化學反應產(chǎn)生的電流量。

藍牙模塊采用的是重慶金甌科技發(fā)展有限責任公司提供的BC04型號，工作電壓為3.3 V，可直接使用單片機串口輸入輸出的TTL電平。 BC04模塊的波特率可以通過引腳PIO9～PIO11的狀態(tài)來設定，并默認1位停止位，無校驗位。本系統(tǒng)中采用的收發(fā)波特率均為9600bps，因此于PIO9腳輸入高電平（3.3 V），將PIO10和PIO11分別置零。此外，可以在PIO0引腳處外接指示燈，在藍牙未連接設備時PIO0會輸出高低變化的電平，指示燈閃爍；藍牙與設備連接后PIO0輸出高電平，指示燈亮而不滅。

本文所研制的數(shù)據(jù)采集硬件最后集成在一塊長約9 cm、寬約3.5 cm的PCB板上，如圖3所示。

圖3 硬件實物圖Fig.3 Prototype for hardware

2.2 手機選型

本系統(tǒng)的后臺處理部分由手機完成，選用HTC公司的T8585智能手機，采用Windows Mobile 6.5 Professional操作系統(tǒng)，高通Adreno200處理器（1024MHz），512MB ROM及448MB RAM，支持MicroSD卡擴展存儲器，屏幕分辨率為480×800像素，支持藍牙通信。

軟件開發(fā)環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2008，使用MFC智能設備開發(fā)，需要安裝Microsoft .NET Compact Framework 2.0 SP1及SP2補丁。另外，需要Windows Mobile 6 Professional Emulator Images 和Windows Mobile 6 Professional SDK作為調(diào)試工具。在將編寫好的應用程序下載到手機設備上運行時，若PC端是Windows XP操作系統(tǒng)，需要安裝Microsoft Activesync，建立與手機連接及同步；若是Windows Vista或Win 7操作系統(tǒng)，則需要安裝Microsoft Windows Mobile Device Center。本系統(tǒng)的PC端為Windows XP操作系統(tǒng)。

3 唾液葡萄糖檢測系統(tǒng)的軟件開發(fā)

3.1 手機應用程序

本系統(tǒng)選用Windows Mobile開發(fā)。相對于其他智能操作系統(tǒng)，Windows Mobile最大優(yōu)點是能夠與Windows操作系統(tǒng)的電腦實現(xiàn)無縫連接，對保存于各種電腦或手機里的信息、資料都可實現(xiàn)共享。還有一個優(yōu)點是采用Windows Mobile的系統(tǒng)，有大量的應用軟件可供選擇，這些應用軟件同一般Windows PC操作系統(tǒng)中的程序類似，可利用C++或C#開發(fā)。本文采用VC++進行軟件開發(fā)，編程環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2008。

唾液葡萄糖測量裝置作為一個獨立的部分，將信號采集之后通過藍牙方式發(fā)送至手機，進行數(shù)據(jù)處理、保存和顯示。本文所開發(fā)軟件在分辨率為800×480的屏幕上調(diào)試通過，但軟件控件尺寸不能隨硬件分辨率自動調(diào)整。將程序下載至手機時，軟件自動在資源管理器中生成Glucose Testing文件夾，打開該文件夾后，里面有應用程序Glucose Testing.exe、保存數(shù)據(jù)的文件夾GLU_Data和保存截圖的文件夾GLU_ScreenShot。軟件在運行過程中，會自動的將接收到的數(shù)據(jù)存儲在txt文檔中，并以“用戶名_年_月_日_時_分_秒.txt”的格式命名。在txt正文中，保存開始采用的時間、每秒采樣的點數(shù)和數(shù)據(jù)的最大值及最小值，便于用戶獲取信息。相應手機軟件界面如圖4所示。

圖4 手機軟件界面Fig.4 Interface for mobile phone software

操作時，用戶需輸入用戶名（默認為user_name），按下“打開串口”鍵進行串口設置，默認使用端口COM2，波特率9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位。確認信息無誤之后，按下“確定”按鈕，隨即自動進入藍牙設備連接界面，選擇本系統(tǒng)的測試模塊建立連接。連接成功后，會跳出對話框“串口打開成功”，否則連接超時顯示“串口打開失敗”。

成功連接上測試模塊后，點擊“開始檢測”按鈕正式進入測試。將試紙條插入測試模塊的試紙插槽，按照提示“按下后滴加”，按下鍵后，將唾液滴加入試紙。等待20秒左右，即可以得到反應結(jié)果，并顯示在手機屏幕上。

關閉串口，退出程序，一次唾液葡萄糖測試過程結(jié)束。程序自動將測試過程中的所有數(shù)據(jù)保存到txt文檔中，便于下次調(diào)用查看某段時間內(nèi)的波動情況。

3.2 PC端應用程序

除手機軟件外，本系統(tǒng)還開發(fā)有用于計算分析的PC軟件。PC機分析系統(tǒng)是采用MATLAB編寫的PC端的數(shù)據(jù)處理程序，同時也可以與硬件裝置連接，直接進行數(shù)據(jù)傳輸、接收、處理和保存，PC機分析系統(tǒng)的界面如圖5所示。

圖5 PC客戶端軟件界面Fig.5 Software interface at PC client

PC機分析系統(tǒng)主要由四個部分組成，分別是數(shù)據(jù)顯示區(qū)、串口設置區(qū)、數(shù)據(jù)繪圖區(qū)及數(shù)據(jù)處理區(qū)。此外，還有控制檢測的“Start”按鈕及回顧歷史測量記錄的“Review”按鈕。

數(shù)據(jù)顯示區(qū)主要應用于測量過程中PC端數(shù)據(jù)接收的實時顯示，并將單片機發(fā)送的2個8位十六進制數(shù)（高位在前，低位在后）轉(zhuǎn)換為1個十進制數(shù)，數(shù)與數(shù)之間以空格分隔。

串口設置區(qū)也主要應用于測量過程。需要說明的是，如果PC客戶端沒有自帶藍牙傳輸功能的話，需要安裝藍牙適配器及其驅(qū)動程序，并根據(jù)藍牙所占傳輸串口號或藍牙適配器驅(qū)動程序設置的藍牙收、發(fā)端口號來設置串口信息。為了與單片機建立通訊聯(lián)系，約定設置9600 bps波特率，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位。設置完畢后，按下“Open the port”按鈕，即可打開串口。若串口被占用導致打開失敗，會跳出提示窗口“串口不可獲得！”。若串口成功打開，則“Open the port”按鈕自動更名為“Close the port”。

數(shù)據(jù)處理區(qū)既可應用在測量的過程中，也可單獨運用于數(shù)據(jù)處理。“Stop display”按鈕主要是暫停數(shù)據(jù)顯示用，“Clear buffer”按鈕可以將數(shù)據(jù)顯示區(qū)、Integral及Glucose內(nèi)的數(shù)據(jù)清空，“Save data”按鈕可以將接收到的數(shù)據(jù)存儲為txt格式。為了與手機客戶端存儲的信息一致，在存儲的txt文檔的前四行對數(shù)據(jù)進行了說明，包括數(shù)據(jù)值存儲的時間、采樣頻率、數(shù)據(jù)大小的說明?！癙lot”按鈕，可以讓用戶自主的選擇需要進行繪圖及處理的數(shù)據(jù)，以txt文檔的格式進行讀取，將PC客戶端或者手機客戶端存儲的數(shù)據(jù)進行處理。

數(shù)據(jù)繪圖區(qū)則主要應用于數(shù)據(jù)處理，可以將保存的數(shù)據(jù)以曲線的形式呈現(xiàn)出來。橫坐標表示時間，單位秒；縱坐標表示電壓，單位伏特，并可以根據(jù)數(shù)據(jù)的大小自動調(diào)整坐標軸。在繪圖過程中，對數(shù)據(jù)進行運算，將接收到的數(shù)據(jù)加以算法處理，即尋找數(shù)據(jù)中的最大值。以最大值為起點，向前尋500個數(shù)據(jù)，向后尋1500個數(shù)據(jù)，并對各2001個數(shù)據(jù)進行積分運算，將運算結(jié)果顯示于“Integral”中，利用實驗數(shù)據(jù)進行查表法運算，將測量的葡萄糖濃度顯示于“Glucose”欄中。按下“Start”按鈕，PC客戶端會向單片機發(fā)送字符‘u’，使MSP430F149進入中斷子程，進行A/D采樣并將采樣結(jié)果通過串口傳輸。同時，PC客戶端通過藍牙接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)顯示于數(shù)據(jù)顯示區(qū)，做好進行后續(xù)處理的準備。按下“Review”鍵后，用戶可以從保存的txt文檔中選擇任意多個文檔進行數(shù)據(jù)回顧，并繪制出相應的唾液葡萄糖測量結(jié)果波動曲線。橫坐標為精確到小時的時間坐標，將測量的月份、日期、時間段轉(zhuǎn)換成以小時為單位的數(shù)據(jù)，作為橫坐標的值，縱坐標則以mmol/L為單位，將被選的數(shù)據(jù)的濃度測量值作為縱坐標的值，繪制唾液葡萄糖濃度波動曲線，這便于糖尿病患者了解病情，并相應作出飲食、運動等方面的調(diào)整來控制病情。

4 唾液葡萄糖無線檢測系統(tǒng)的原理性實驗

為驗證本系統(tǒng)，我們在實驗中采用與唾液葡萄糖含量相當?shù)钠咸烟侨芤旱臐舛葋頊y試系統(tǒng)的各項參數(shù)，測量濃度范圍為0.01～0.2 mmol/L，以 0.01 mmol/L為濃度差，共進行20組數(shù)據(jù)的實驗。采用分子量為198的分析純來配制溶液，利用精密天平稱量0.198 g分析純葡萄糖，再將這些葡萄糖溶解于1 ml的水中，獲得1 mol/L的葡萄糖溶液，稀釋1000倍后得到1 mmol/L的較低濃度的葡萄糖溶液。再對1 mmol/L濃度的葡萄糖溶液進行相應倍數(shù)的稀釋，從而獲得濃度范圍為0.01～0.2 mmol/L的20組葡萄糖溶液。

實驗對每個濃度進行三次測試，將得到的三次電壓積分值進行平均值計算，從而得到葡萄糖濃度與測量得到的電壓積分值之間的關系，對此線段進行拉格朗日插值，從而獲得0.01～0.2 mmol/L的測量值。由于實驗條件的限制，尚未能對實驗結(jié)果進行標定。

由于低濃度溶液配制過程中，0.01 mmol/L的溶液和其他19個濃度的溶液并不是在同一次配制實驗中配制的，同時0.18 mmol/L的數(shù)據(jù)缺失，因此有效數(shù)據(jù)為18組，得到電壓積分值與濃度的關系曲線如圖6所示。從中可見，曲線雖然呈現(xiàn)出一定的漲落現(xiàn)象，但電壓積分值總體上隨著葡萄糖濃度的增大而增大，在一定程度上說明了本系統(tǒng)的合理性?；谶@樣的正相關性，可以在校正的基礎上采用本系統(tǒng)測量低葡萄糖濃度。限于主題，本系統(tǒng)未開展臨床比對試驗，其在實際應用中的性能有待進一步評測。

圖6 測量的電壓積分值與葡萄糖濃度關系曲線Fig.6 Correlation curve between integrated electric voltage value and glucose concentration

圖6中曲線出現(xiàn)漲落的原因，并非來自測量本身，而更多可能出自于人工稀釋配制溶液的過程中引進的誤差所致。本實驗中，由于受條件限制，配置過程中采用量筒作為定容工具，采用的量筒有100 ml、50 ml和25 ml。我們首先通過精密天平的稱量獲得了0.198 g的一水合葡萄糖，并將其溶解于10 ml的水中，從而獲得了0.1 mol/L的葡萄糖溶液。取5 ml該溶液置于800 ml容積的大燒杯中，加水定容至500 ml，則獲得了濃度為1 mmol/L的葡萄糖溶液。取5 ml的1 mmol/L的溶液再定容至50ml，從而得到了0.1 mmol/L的葡萄糖溶液，并在這0.1mmol/L濃度的基礎上對溶液進行再稀釋，得到目標中的0.01～0.10 mmol/L共10種濃度的溶液。從0.1 mmol/L稀釋至0.02 mmol/L、0.04 mmol/L、0.05 mmol/L、0.08 mmol/L，都可以有精確的定容方式。例如，0.02 mmol/L的葡萄糖溶液可以利用50ml量筒進行定容，取10 ml的0.1mmol/L的溶液，加水定容至50 ml就可以稀釋5倍，獲得0.02 mmol/L的濃度。而從0.1 mmol/L稀釋至 0.03mmol/L，0.06 mmol/L，0.07 mmol/L、0.09mmol/L則并非易事，從0.1mmol/L稀釋3.3倍到0.03 mmol/L，就需要把10 ml的0.1 mmol/L的溶液定容到33.333ml，這對于容積為50 ml、精度為1 ml的量筒來說，有些力不從心。這也是為什么圖6關系曲線中奇數(shù)據(jù)和偶數(shù)據(jù)呈現(xiàn)小的漲落的原因所在。

5 小結(jié)

本文研制出一個基于手機的唾液葡萄糖檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)無線采集、實時傳輸、存儲及分析等功能，同時提供了一個供用戶在PC端進行采集、存儲和分析的軟件。PC端的軟件還可以為用戶提供自定義長度的時間內(nèi)唾液葡萄糖濃度的變化曲線。在此基礎上，本文還進行了初步的測試，證實了技術(shù)的可行性。該方法的新意在于，將唾液葡萄糖無創(chuàng)檢測、可拋棄型葡萄糖試紙及手機結(jié)合起來，建立了基于手機的唾液葡萄糖無線檢測系統(tǒng)。進一步提升該系統(tǒng)的關鍵可從硬件電路設計、系統(tǒng)分辨率及可靠性的提高、電路體積及功耗的控制、軟件設計及算法效率與速度的提升，以及實驗中低濃度葡萄糖溶液的配制等方面著手，進行深入研究。

今后，若能采集到足夠多的血糖及對應的唾液葡萄糖濃度數(shù)據(jù)，形成一個數(shù)據(jù)庫，按每個人新陳代謝的速度快慢，分成若干個級別，并在每個級別下對應地設置血糖和唾液葡萄糖的函數(shù)關系，有望可將唾液葡萄糖的測量值從參考意義升華為診斷意義。應用于臨床時，首先測定病人的若干組血糖及唾液葡萄糖數(shù)據(jù)，判斷其新陳代謝級別，選擇其合適的關系曲線，可省去不少測量，避免頻繁檢測血糖所帶來的痛楚，從而享受安全、無創(chuàng)、可靠的唾液葡萄糖檢測。

手機葡萄糖測試代表著未來低成本醫(yī)療的一個重要發(fā)展方向。隨著IT技術(shù)的發(fā)展，手機功能和高靈敏度試紙的逐漸完善，更多的葡萄糖檢測技術(shù)或者醫(yī)療監(jiān)護功能將在手機上實現(xiàn)，用戶將能更方便地建立自己的血糖信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)健康的自我管理。

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