基于SPR的微创血糖测量系统的设计

论文摘要

糖尿病是一种常见的慢性系统新陈代谢疾病,它的发病率较高,己成为世界上仅次于癌症的第二大杀手。因此对血糖检测快速、准确、实时的要求越来越迫切。目前,血糖的检测主要采取针刺采血的有创方式,不仅对患者带来身体上的伤害,而且无法频繁检测;而基于提取光学信息的无创检测技术在精确性和稳定性上还存在问题;而微创检测仪可以弥补在精度和稳定性方面的不足,同时又很大程度上减轻对患者的伤害。血液中的葡萄糖通过组织液传递到人体各组织的细胞中,因此组织液中的葡萄糖浓度真实反映人体的各组织细胞所能够获得的葡萄糖浓度。本课题根据表面等离子共振(SPR)的技术原理,设计了一套基于SPR生物传感器的小型微创血糖检测系统,系统采用主从结构设计,从机利用其内部的16位ADC和DMA控制器对SPR数据进行采集,同时在LCD上显示相关信息;主机则控制真空泵、步进电机等模块,利用真空抽取人体组织液,并采用相应算法对SPR数据进行处理得到血糖的浓度值。在软件方面,为了保证程序执行的实时性、可靠性,提高程序的执行效率,系统的软件采用嵌入式实时操作系统的模块化设计。该系统不仅可以准确测量血糖浓度,还具有实时时钟显示、保存和查看测量记录等功能。由于采用真空抽取组织液的方式测量血糖,因此对患者身体的伤害降低至最小,从而可以更加频繁的对血糖进行检测,为糖尿病患者及时提供血糖信息以采取相应的措施。最后,设计了对葡萄糖溶液浓度和人体组织液中葡萄糖浓度的测量实验,通过对实验结果的研究,分析了绑定蛋白对测量结果准确性的影响。该系统的成功设计及初步的实验结果为进一步的临床应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 糖尿病的发病机理和特征
• 1.2 血糖检测技术研究现状
• 1.3 SPR 技术的发展与现状
• 1.4 本课题的主要内容和意义
• 第二章 表面等离子共振的原理与检测
• 2.1 表面等离子共振的原理
• 2.1.1 表面等离子体波
• 2.1.2 光激发表面等离子波耦合理论
• 2.2 SPR 的激发与检测方式
• 2.2.1 SPR 的激发方式
• 2.2.2 SPR 的检测方式
• 2.3 影响SPR 光谱的因素
• 2.4 SPR 技术在生物检测领域的应用
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 系统整体设计
• 3.2 从机模块
• 3.2.1 腕带微控制器
• 3.2.2 SPR 传感器及接口
• 3.2.3 显示键盘接口
• 3.3 主机模块
• 3.3.1 主机微控制器
• 3.3.2 电源管理
• 3.3.3 数据存储
• 3.3.4 实时时钟电路
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 腕带软件设计
• 4.1.1 嵌入式操作系统RTX51-TINY
• 4.1.2 腕带软件总体结构
• 4.1.3 系统初始化
• 4.1.4 SPR 检测模块
• 4.2 主机软件设计
• 4.2.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-II
• 4.2.2 主机软件的总体结构
• 4.2.3 系统初始化
• 4.2.4 血糖测量的流程控制
• 4.2.5 实时时钟管理
• 4.2.6 历史数据存储
• 第五章 实验研究
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 实验试剂
• 5.1.2 组织液的提取方法
• 5.1.3 GGBP 在SPR 传感器上的绑定
• 5.1.4 样品的测定方法
• 5.2 SPR 数据的处理
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 GGBP 蛋白的固定和蛋白质特性对实验的影响
• 5.3.2 葡萄糖溶液测量实验
• 5.3.3 组织液浓度测量实验
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢