專利名稱：末梢血酒精檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直接測定血液中酒精濃度的檢測裝置，具體是一種利用 基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的乙醇脫氫酶一次性電化學(xué)生物傳感器直接檢測人體末 梢血酒精濃度的便攜式檢測儀。 技術(shù)背景近年來，隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，機(jī) 動車和擁有駕駛執(zhí)照的人員數(shù)量急速增長，交通事故頻繁發(fā)生，其中因駕駛?cè)藛T飲酒與醉酒造成的交通事故就占20%。長期以來，由于我國一直沒有制訂檢測酒后(飲酒8小時(shí)之內(nèi))駕車的 國家標(biāo)準(zhǔn)，在2004年，中國《駕駛員血中乙醇閾值〉〉標(biāo)準(zhǔn)出臺血乙醇濃 度大于或等于20mg/100ml時(shí)被定為"酒后駕車"，血乙醇濃度大f或等于 80mg/100ml時(shí)被定為"醉酒駕車"。但至今未開發(fā)出一種準(zhǔn)確性和敏感度高、簡便、快速檢測，適用于交通 現(xiàn)場和臨床實(shí)驗(yàn)室使用特點(diǎn)的反映交通事故發(fā)生當(dāng)時(shí)飲酒駕駛?cè)藛T體內(nèi)血液 中真實(shí)酒精濃度(酒精在人體中不穩(wěn)定，在不同的代謝階段采樣送檢會影響 檢測的結(jié)果)的檢測方法?，F(xiàn)有的血酒精濃度測定的主要檢測方法及其儀器 有呼氣法及其呼氣檢測儀、分光光度法及其分光光度計(jì)、氣相色譜法及 其氣相色譜儀。1、呼氣法樣品不需預(yù)處理，經(jīng)呼出的氣體含有酒精時(shí)，可使試劑重 鎘酸離子(Cr20 72—)還原成綠色的鎘離子(Cr3+)，利用比色計(jì)測吸光值，求 出呼吸氣體中每升所含乙醇量，按血/氣之比2100進(jìn)行換算，計(jì)算出血酒 精濃度。酒精90% 98%在肝臟代謝，余下的2%~10%隨尿及呼氣而排除。 其測定值與血液中真實(shí)的酒精濃度，有很不準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)受個(gè)體 及種族的影響明顯。呼氣法雖然操作簡單、價(jià)格低廉，但只能定性，不能
準(zhǔn)確定量檢測，檢測數(shù)據(jù)不能作為司法依據(jù)。2、 分光光度法酒精在乙醇脫氫酶和NAD+催化下，被氧化成乙醛，并 且NAK也被氧化成NADH，以340nm比色測定NADH生成量，再求出酒精含量。 分光光度法是經(jīng)典的方法，具有靈敏度高、重復(fù)性好、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)， 但樣品需稀釋，預(yù)處理繁瑣。3、 氣相色譜法血乙醇濃度測定的標(biāo)準(zhǔn)參考方法。但測定時(shí)間長(氣相色譜儀平衡時(shí)間lh左右、檢測時(shí)間0.3h左右);檢測的費(fèi)用昂貴(5()0 元/次左右)，適合批量檢測。分光光度法和氣相色譜法均需要血漿或血清樣本，受試者要到醫(yī)院或 專業(yè)機(jī)構(gòu)抽取靜脈血，給受試者及交管部門帶來極大不便。綜上所述，呼1 法(呼氣檢測儀)、分光光度法(分光光度計(jì))、氣相色譜法(氣相色譜儀) 不能滿足簡便、快速定量檢測血酒精濃度的要求，因此交通警察無法在現(xiàn)場 定量確定駕駛員是否酒后違章駕車。 發(fā)明內(nèi)容針對上述酒精呼氣檢測儀、分光光度計(jì)、氣相色譜儀檢測血酒精濃度存 在的不足，本實(shí)用新型的目的是本實(shí)用新型將生物傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 微電子技術(shù)相結(jié)合，通過采用一次性生物傳感器，提高了檢測飲酒人員微量 血液中酒精濃度的結(jié)果可靠性、準(zhǔn)確性，方便性、時(shí)效性，降低準(zhǔn)確檢測 血酒精濃度的成本，實(shí)現(xiàn)了小型化、數(shù)字化、自動化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種血酒精 便攜式檢測儀，包括有血酒精傳感器及以單片機(jī)芯片為核心的信號處理電路， 其特征在于(1) 、所述血酒精傳感器是乙醇脫氫酶一次性生物傳感器，它包括固定 在電極底板上的印刷電極以及在正負(fù)電極前端的檢測區(qū)，所述檢測區(qū)由封裝 在保護(hù)膜下的乙醇脫氫酶顆粒和麥爾多拉藍(lán)顆粒構(gòu)成；(2) 、所述血酒精傳感器的電流信號輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)芯片的數(shù)據(jù)采集口連接，單片機(jī)芯片將接收的信號處理后控制顯示器輸出。
本實(shí)用新型利用乙醇脫氫酶催化乙醇的特異性以及麥爾多拉藍(lán)在電極與酶之間傳遞電子的高傳遞性，通過用Nafion膜固定麥爾多拉藍(lán)作為乙醇 脫氫酶與玻碳電極之間的電子傳遞介體。電流型酒精生物傳感器的測試原理如下在電極兩端施加250 330mV的 恒定工作電壓，當(dāng)被測血樣滴在電極的測試區(qū)時(shí)，固定在電極剪斷檢測區(qū)上 的乙醇脫氫酶與血樣中的酒精發(fā)生氧化還原反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生出的自由電 子在電場的作用下將發(fā)生定向移動，從而形成響應(yīng)電流。50秒左右，酶電極 的響應(yīng)電流達(dá)到飽和，該飽和電流與被測血樣中酒精濃度成線性關(guān)系，所以 通過對該飽和響應(yīng)電流的檢測即可得知血酒精濃度值。本實(shí)用新型用軟件驅(qū)動傳感器的測量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示，實(shí)現(xiàn)全過程的 自動化。本實(shí)用新型出采用新型傳感器外，還采用大面積液晶顯示器，顯示飲酒數(shù) 據(jù)，測試日期和時(shí)間，并保存數(shù)據(jù)，日期?？蓪?shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)打印結(jié)果。本實(shí)用新型使用微型元件和集成電路使檢測儀器的重量和尺寸大大降 低。本儀器操作簡單，每次測試只需取人體末梢血5—10微升，滴在次性 生物傳感器上，將傳感器插入檢測儀接口，按一下開關(guān)便可以進(jìn)行自動測試， 自動顯示結(jié)果。本檢測儀器反應(yīng)靈敏，60秒鐘即可完成全過程測試。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、 本實(shí)用新型采用基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的乙醇脫氫酶一次性生物傳感器， 只對酒精反應(yīng)，特異性高，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。2、 測試結(jié)果有數(shù)字、日期、時(shí)間。3、 測試簡單方便，按一次開關(guān)自動完成全過程測試。本實(shí)用新型技術(shù)規(guī)范1、 傳感器為乙醇脫氫酶一次性傳感器，只對酒精反應(yīng)。2、 測試范圍0——120mg/100ml。3、 測試時(shí)間50秒。4、 顯示器液晶顯示，數(shù)據(jù)、日期、時(shí)間。5、 使用溫度20 QC-—-30 ('C。6、 電源+6V 附閣說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)可以通過附圖給出的實(shí)施例進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型有如下附圖附

圖1為血酒精傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖； 附圖3為恒電位激勵(lì)和A / D轉(zhuǎn)換模塊原理圖； 附圖4為末梢血酒精檢測儀主程序流程圖。圖中l(wèi)一印刷電極；2—電極底板；3 —檢測區(qū)。 "體實(shí)施方式參見附圖l，圖中的血酒精傳感器是乙醇脫氫酶一次性生物傳感器，它包括固定在電極底板2上的印刷電極1以及在正負(fù)電極前端的檢測區(qū)3，所述檢測區(qū)由封裝在保護(hù)層下的乙醇脫氫酶顆粒和麥爾多拉藍(lán)顆粒構(gòu)成。所述印刷 屯極l為玻碳電極。參見附圖2，在實(shí)施例中末梢血酒精檢測儀的硬件以EM781M58爭片機(jī)芯 片為核心構(gòu)成，其外圍電路模塊包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、按鍵模塊、i乜源控制模 塊、精度穩(wěn)壓模塊、電源電壓檢測模塊、液晶顯示驅(qū)動模塊、電平極性轉(zhuǎn)換 投塊。所述的外圍模塊通過均采用與EM78P458單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的已知器件， 其中液晶顯示驅(qū)動模塊型號為HT1621， A/D轉(zhuǎn)換器型號為MCP3201，粘皮穩(wěn) 丄k:投塊的型號為LM336,電平極性轉(zhuǎn)換模塊型號為TCL7660。所述型號為MCP3201的A/D轉(zhuǎn)換模塊為帶恒電位激勵(lì)的A / D轉(zhuǎn)換模塊，參 見閣3原理圖。電壓基準(zhǔn)源LM336提供的2. 5V恒定電壓經(jīng)電阻分壓后得到0. 3V l:作電壓，由電壓跟隨器U1對酶電極施加恒定電位激勵(lì)，R2代表酶電極；由于 運(yùn)黨放大器的理想工作特性有，Ic"O,所以，電極在恒電位激勵(lì)下電極化學(xué) 反應(yīng)的響應(yīng)電流Ixdo，該電流信號經(jīng)過采樣電阻R。轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到串 行A / D轉(zhuǎn)換器3201的差動輸入同相端。串行A / D轉(zhuǎn)換器3201的差動輸入反相-個(gè)與前面的測量電壓共地的恒定電位，這樣就可以有效消除串行A / D轉(zhuǎn)換器差動輸入端的共模千擾影響。設(shè)計(jì)中一方面采用體積較小的6V袖珍電池作為系統(tǒng)供電電源，另一方面采用引腳數(shù)目較少的外圍芯片。如A/D轉(zhuǎn) 換模塊采用帶串行數(shù)據(jù)接口的A/D轉(zhuǎn)換器，這樣大大減少引腳數(shù)目。液晶顯 小驅(qū)動模塊采用引腳數(shù)目較少的驅(qū)動芯片，采用串行數(shù)據(jù)總線(APi接口)與 CPU接口.也顯著減小儀器的體積。檢測儀的主程序流程參見附圖4。最后可將測試結(jié)果按下表顯示血酒精、''85mg/10()ml被測人姓名******駕駛證號林術(shù)*車號******檢測地點(diǎn)*林彬檢測日期******吋間******醉酒駕駛木氺氺氺氺氺 ^riWil入H—g: ******
權(quán)利要求1、一種血酒精便攜式檢測儀，包括有血酒精傳感器及以單片機(jī)芯片為核心的信號處理電路，其特征在于(1)、所述血酒精傳感器是乙醇脫氫酶一次性生物傳感器，它包括固定在電極底板(2)上的印刷電極(1)以及在正負(fù)電極前端的檢測區(qū)(3)，所述檢測區(qū)由封裝在保護(hù)膜下的乙醇脫氫酶顆粒和麥爾多拉藍(lán)顆粒構(gòu)成；(2)、所述血酒精傳感器的電流信號輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)芯片的數(shù)據(jù)采集口連接，單片機(jī)芯片將接收的信號處理后控制顯示器輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血酒精便攜式檢測儀，其特征在于所述電極t:施加250 330mV的恒定工作電壓。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的血酒精便攜式檢測儀，其特征在于所述印刷 電極為玻碳電極(1)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直接測定血液酒精濃度的檢測裝置，它包括血酒精傳感器及以單片機(jī)芯片為核心的信號處理電路，其特征在于所述血酒精傳感器是乙醇脫氫酶一次性生物傳感器，它包括固定在電極底板上的印刷電極以及在正負(fù)電極前端的檢測區(qū)，所述檢測區(qū)由封裝在保護(hù)層下的乙醇脫氫酶顆粒構(gòu)成；所述血酒精傳感器的電流信號輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)芯片的數(shù)據(jù)采集口連接，單片機(jī)芯片將接收的信號處理后控制顯示器輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型檢測儀直接測定人體末梢血樣，采血量少，測定酒精濃度具有時(shí)效性和準(zhǔn)確性。體積小、全自動化測定。適用于交通現(xiàn)場和臨床實(shí)驗(yàn)室?？商峁┚_的酒精含量的證據(jù)性讀數(shù)。
文檔編號G01N33/98GK201047840SQ20072012424
公開日2008年4月16日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者劉成桂, 覓 周, 熊興良, 王勁松, 鵬 羅, 謝國明, 鄒超世 申請人:謝國明