本發(fā)明涉及生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，特別是基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法。

背景技術(shù)：

微流控紙芯片技術(shù)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析的全過程，即微流控紙芯片是一類特殊的電化學(xué)生物傳感器。

電化學(xué)生物傳感器一般以導(dǎo)電離子為基礎(chǔ)介質(zhì)，將目標(biāo)生理信號轉(zhuǎn)化為電流、電位等電信號或物理信號，由于價格低廉、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、操作簡便，電化學(xué)生物檢測如今有很大的發(fā)展前景。

在電化學(xué)傳感器的設(shè)計中，根據(jù)測量信號的不同可分為電流型、電導(dǎo)型、電位型傳感器，由于電位型傳感器簡單易實現(xiàn)，我們選擇電位測量法。

電位測量的基本原理是氧化還原反應(yīng)會產(chǎn)生電子對的轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致電極上的電位發(fā)生變化，通過電位大小來測量反應(yīng)物的濃度。一般電極都具有離子選擇性，根據(jù)電化學(xué)中的能斯特方程就能夠求出相應(yīng)的濃度。

從能斯特方程式(2-1)中可知，溫度不變的情況下，電極電位與反應(yīng)物濃度的對數(shù)成線性關(guān)系，可以做出反應(yīng)物濃度和電極電位的關(guān)系圖，通過比對實現(xiàn)測量的目的。

從實驗結(jié)果來看，雖然能夠滿足使用需求，但手工制作的芯片仍然存在精度問題，這是由于芯片中酶的存儲時間(30天內(nèi))，存儲條件(冷藏室2～4℃)上有一定要求，并且，每一張芯片中酶活性可能存在不同，導(dǎo)致測量誤差。

因此，本發(fā)明提供基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法，有效地解決了用微流控紙芯片檢測生理指標(biāo)導(dǎo)致測量誤差的問題。

其解決的技術(shù)方案是，微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法，包括包括被測生理指標(biāo)樣品、微流控紙芯片、a/d轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、按鍵模塊、顯示模塊、語音模塊，所述被測生理指標(biāo)樣品、微流控紙芯片、a/d轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊依次連接，單片機(jī)模塊分別與按鍵模塊、顯示模塊、語音模塊連接，其特征在于，微流控紙芯片和a/d轉(zhuǎn)換模塊之間連接有電壓跟隨器模塊、電壓放大器模塊，具體為微流控紙芯片連接電壓跟隨器模塊，電壓跟隨器模塊連接電壓放大器模塊，電壓放大器模塊連接a/d轉(zhuǎn)換模塊。

基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法，以被測生理指標(biāo)樣品之一的尿酸為例，具體包括如下步驟，

步驟1，放入生理指標(biāo)樣品在微流控紙芯片內(nèi)，微流控紙芯片生化反應(yīng)開始的同時，按下按鍵模塊中觸發(fā)開關(guān)鍵key3；

步驟2，在步驟1的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)上電，單片機(jī)初始化配置，進(jìn)入設(shè)備的主界面:“welcometomicrocarepartner”提示語，提示語下方有倒計時顯示；

步驟3，在步驟2的基礎(chǔ)上，在此期間(此例為30秒)，用戶可以按按鍵模塊中的中斷鍵key1停止倒計時，進(jìn)入下一個界面，用戶可以查看此時刻的電極電壓以及對應(yīng)的濃度；

步驟4，在步驟2的基礎(chǔ)上，若不按中斷鍵key1鍵，30秒后，系統(tǒng)自動切換至下一個界面，用戶可以看到樣品中檢測到的尿酸濃度，并且系統(tǒng)會提示該濃度相對于健康標(biāo)準(zhǔn)是偏高，偏低或正常；

步驟5，在步驟4的基礎(chǔ)上，同時給出正常時的尿酸濃度范圍以供用戶參考；

步驟6，在步驟3、4、5任一步驟的基礎(chǔ)上如果要測量下一組樣品，按下返回鍵key0，即可返回到步驟2重新計時。

本發(fā)明構(gòu)思巧妙、人性化設(shè)計且便攜化，采用新型的微流控紙芯片來檢測尿酸濃度，生化反應(yīng)后產(chǎn)生的模擬電壓信號經(jīng)電壓跟隨、電壓放大后經(jīng)ad轉(zhuǎn)換為數(shù)字量電信號送入stm32系列單片機(jī)智能分析與處理，可快速獲得檢測結(jié)果并在屏幕上顯示，并且系統(tǒng)會提示該濃度相對于健康標(biāo)準(zhǔn)是偏高，偏低或正常測量結(jié)果可靠，具有市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體電路連接模塊圖。

圖2為本發(fā)明的控制方法流程圖。

圖3為本發(fā)明的電壓跟隨器模塊電路連接原理圖。

圖4為本發(fā)明的電壓放大器模塊電路連接原理圖。

圖5為本發(fā)明的兩極電勢與尿酸濃度變化關(guān)曲線擬合圖。

具體實施方式

有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考附圖1至圖5對實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實施例中所提到的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，均是以說明書附圖為參考。

下面將參照附圖描述本發(fā)明的各示例性的實施例。

實施例一，基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法，包括被測生理指標(biāo)樣品，可為血糖、尿酸等，取適當(dāng)量放入微流控紙芯片內(nèi)，微流控紙芯片利用絲網(wǎng)印刷的碳電極尿酸傳感芯片來檢測尿酸濃度，其經(jīng)過不斷的改進(jìn)、測試，是價格低廉、方便快速、精度較高、便攜易操作的紙芯片，經(jīng)微流控紙芯片的前端特制接口采集微弱的模擬電壓信號，此微弱的模擬電壓信號進(jìn)入電壓跟隨器模塊進(jìn)行緩沖、隔離、提高帶載能力，再經(jīng)電壓放大器模塊，進(jìn)行同相比例放大后送入a/d轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，單片機(jī)模塊接收數(shù)字量電信號和按鍵模塊用戶的操作指令，控制顯示模塊直觀界面顯示(顯示檢測值、提示結(jié)果值)，語音模塊智能語音提示操作音及檢測值、提示結(jié)果值。

基于微流控紙芯片的便攜式生理指標(biāo)檢測儀及其檢測方法，以被測生理指標(biāo)樣品之一的尿酸為例，具體包括如下步驟，

步驟1，放入生理指標(biāo)樣品在微流控紙芯片內(nèi)，微流控紙芯片生化反應(yīng)開始的同時，按下按鍵模塊中觸發(fā)開關(guān)鍵key3；

步驟2，在步驟1的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)上電，單片機(jī)初始化配置，進(jìn)入設(shè)備的主界面:“welcometomicrocarepartner”提示語，提示語下方有倒計時顯示；

步驟3，在步驟2的基礎(chǔ)上，在此期間(此例為30秒)，用戶可以按按鍵模塊中的中斷鍵key1停止倒計時，進(jìn)入下一個界面，用戶可以查看此時刻的電極電壓以及對應(yīng)的濃度；

步驟4，在步驟2的基礎(chǔ)上，若不按中斷鍵key1鍵，30秒后，系統(tǒng)自動切換至下一個界面，用戶可以看到樣品中檢測到的尿酸濃度，并且系統(tǒng)會提示該濃度相對于健康標(biāo)準(zhǔn)是偏高，偏低或正常；

步驟5，在步驟4的基礎(chǔ)上，同時給出正常時的尿酸濃度范圍以供用戶參考；

步驟6，在步驟3、4、5任一步驟的基礎(chǔ)上如果要測量下一組樣品，按下返回鍵key0，即可返回到步驟2重新計時。

實施例二，在實施例一的基礎(chǔ)上，所述電壓跟隨器模塊用于起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，進(jìn)而提高測量的準(zhǔn)確度，包括型號為opa656u的運算放大器u1，運算放大器u1的引腳3為同相輸入端連接由微流控紙芯片產(chǎn)生的電化學(xué)信號經(jīng)接地電阻r1消振后的信號，因為根據(jù)運算放大器虛短、虛斷特性，如果電化學(xué)信號的內(nèi)阻非常的大，也就是帶載的能力很差，反射的電流信號就會在輸入點附近形成很強(qiáng)的發(fā)射震蕩也就是“回音”這樣的噪聲經(jīng)過放大就會使輸出信號質(zhì)量很差，運算放大器u1的引腳2為同相輸入端直接連接運算放大器u1的引腳6輸出端，即輸出電壓完全跟隨輸入電壓的幅度和相位，放大倍數(shù)為1，雖無電壓放大倍數(shù)，但有一定的電流輸出能力。電路起到了阻抗變換作用，提升電路的帶負(fù)載能力，將一個高阻抗信號源轉(zhuǎn)換成為一個低阻抗信號源。減弱信號輸入回路高阻抗和輸出回路低阻抗的相互影響，又起到對輸入、輸入回路的隔離和緩沖作用。運算放大器u1的引腳7為正電源端，由電容c2和電解電容c5濾除雜波后提供電源+5v，運算放大器u1的引腳4為負(fù)電源端，由電容c1和電解電容c6濾除雜波后提供電源-5v。

實施例三，在實施例一的基礎(chǔ)上，所述電壓放大器模塊用于將電壓跟隨器模塊輸出的電壓信號等比例放大在送入a/d轉(zhuǎn)換模塊，包括型號為opa8431d運算放大器u2，運算放大器u2的引腳3為同相輸入端通過電阻r3連接運算放大器u1的引腳6輸出的電壓信號，運算放大器u2的引腳2分別連接接地電阻r2的一端、電阻r4的一端，電阻r4的另一端分別連接運算放大器u2的引腳6，電阻r3、電阻r4組成反饋比例系數(shù)，電壓放大倍數(shù)＝1+r4/r2，此例根據(jù)尿酸濃度與電位關(guān)系，設(shè)置電阻r2、電阻r4阻值分別為46kω、20kω，此時放大的電壓信號送入以ad7606芯片為核心a/d轉(zhuǎn)換模塊的通道輸入端，運算放大器u2的引腳7為正電源端，由電容c4和電解電容c7濾除雜波后提供電源+5v，運算放大器u2的引腳4為負(fù)電源端，由電容c3和電解電容c8濾除雜波后提供電源-5v。

本發(fā)明在使用時，放入生理指標(biāo)樣品在微流控紙芯片，微流控紙芯片生化反應(yīng)開始的同時，按下按鍵模塊中觸發(fā)開關(guān)鍵key3，系統(tǒng)上電，單片機(jī)初始化配置，進(jìn)入設(shè)備的主界面，顯示模塊中顯示屏:“welcometomicrocarepartner”提示語，提示語下方有倒計時顯示，微流控紙芯片生化反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)電壓跟隨器模塊緩沖、隔離、提高帶載能力再經(jīng)等比例放大后送入以ad7606為核心的a/d轉(zhuǎn)換模塊的通道輸入端，大大減小ad7606轉(zhuǎn)換芯片輸入阻抗對輸入信號的影響，從而提高測量精度，ad7606將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，通過并行接口與單片機(jī)模塊中stm32單片機(jī)連接，stm32單片機(jī)讀取ad采樣數(shù)據(jù)后與標(biāo)準(zhǔn)尿酸濃度與電位值進(jìn)行分析、計算，并檢測是否有按鍵模塊中的按鍵操作指令，此過程時間為30s，30s內(nèi)若無任何按鍵操作指令，stm32單片機(jī)控制語音模塊智能語音提示操作音及檢測值、提示結(jié)果值，顯示模塊中顯示屏自動切換至下一個界面，用戶可以看到樣品中檢測到的尿酸濃度，參考值及該濃度相對于健康標(biāo)準(zhǔn)是偏高，偏低或正常；30s內(nèi)用戶可以按按鍵模塊中的中斷鍵key1停止倒計時，進(jìn)入下一個界面，用戶可以查看此時刻的電極電壓以及對應(yīng)的濃度；30s內(nèi)，如果要測量的樣品錯誤或要測量下一組樣品，按下返回鍵key0，可重新測量。