一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置及控制方法

本发明涉及属于血糖监测和给药控制，具体涉及一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置及控制方法。

背景技术：

1、糖尿病患者如何实现高依从性的主动控糖管理始终是慢病管理领域中关注的重点，而提高患者的依从性主要需要减轻血糖监测和控糖药物给药时带来的痛苦。常见的血糖监测的方法包括有创监测方式如指尖采血，以及微创或无创的监测方式如血糖浓度连续监测技术(cgm)、近红外监测、改良拉曼法、微针法等。由于基于3d打印的中空微针能够实现体液采集并实现经皮给药的功能，能够根据患者需求定制，是当下比较热门的技术。然而，就血糖监测的标定方法而言，大多数为光热原理、比色原理或血糖标定时的还原电流测定法；前二者的输出分别为荧光强度、灰度值等，该信号输出难以输入驱动给药控制系统，而采用还原电流测定的方法通常用于间断性监测，无法实现根据血糖浓度控制给药的功能。此外，部分研究实现了离子渗透驱动给药系统给药，该方法虽然能够根据血糖浓度进行自动给药，但整个给药过程缺乏可视化，缺乏数据反馈，无法对给药过程进行控制，患者无法知道药液使用情况，存在一定的风险。因此微针技术应用在血糖监测和给药控制领域中时，亟需一种能够根据血糖浓度连续产生信号，且该信号能够驱动给药系统给药的装置，提升微针的应用范围。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置及控制方法，该方案从功能上分为两部分，一部分是血糖浓度的连续监测，通过葡萄糖氧化酶与空心微针提取的间质液共同流经并联式低掺杂二硫化钼纳米片水凝胶微电容器，在555时钟芯片作用下，通过改变电容的介电常数改变时钟芯片提供的方波周期以实现血糖浓度实时监测的目的；另一部分是控糖药液的给药控制装置，在血糖浓度超过规定范围时实现自动给药。

2、为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、(一)本发明提供一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，包括间质液采集微针、间质液注入通道、葡萄糖氧化酶注入通道、并联电容组、胰岛素给药机构和中控单元；所述并联电容组包括连接管道和若干个并联的电容器，电容器内部的电介质掺杂有mos2纳米片，所述电容器设置有进液端和出液端，所述连接管道将若干个电容器的进液端和出液端依次串联；所述间质液注入通道一方面与间质液采集微针连接，另一方面与连接管道的入口连通，所述葡萄糖氧化酶注入通道与连接管道的入口连通；所述间质液注入通道内部的间质液和葡萄糖氧化酶注入通道内部的葡萄糖氧化酶通过连接管道依次流入各电容器，并与电容器内的电介质接触；所述中控单元与并联电容组和胰岛素给药机构连接，连续监测并联电容组的实时总电容变化，根据实时总电容变化得到中控单元芯片实时脉宽变化，进而得到实时血糖浓度，并根据实时血糖浓度控制胰岛素给药机构自动给药。

4、进一步的，所述胰岛素给药机构包括胰岛素储液池、胰岛素输入通道、给药动力装置和给药微针；所述胰岛素储液池、胰岛素输入通道和给药微针依次连接，所述给药动力装置设置在胰岛素输入通道上，在中控单元的控制下提供给药动力。

5、进一步的，所述电介质为浸润有含mos2凝胶的电解纸，制备方法为：将mos2纳米片分散液、聚乙二醇和聚乙烯醇在室温下混合搅拌并干燥，形成pva-peg-mos2混合凝胶，将电解纸浸润在混合凝胶中，得到电介质；所述mos2纳米片在混合凝胶中的质量百分比浓度不小于2％。

6、进一步的，本装置还设置有混合池；所述间质液注入通道的出液端和葡萄糖氧化酶注入通道的出液端分别与混合池的进液口连接，混合池的出液口与连接管道的入口连接，所述间质液注入通道内部的间质液和葡萄糖氧化酶注入通道内部的葡萄糖氧化酶首先进入混合池进行混合，接着通过连接管道依次流入各电容器。

7、进一步的，所述混合池内设置有采样动力装置，所述动力装置在中控单元的控制下为间质液和葡萄糖氧化酶的流动提供动力。

8、进一步的，还设置有葡萄糖氧化酶储液池，所述葡萄糖氧化酶储液池与葡萄糖氧化酶注入通道连接；

9、(二)本发明提供一种基于并联电容的血糖监测和给药控制方法，基于以上所述的装置完成，所述控制方法包括：

10、s1、启动驱动装置，间质液采集微针从皮肤中抽取间质液并进入间质液注入通道，同时葡萄糖氧化酶储液池内的葡萄糖氧化酶进入葡萄糖氧化酶注入通道；

11、s2、间质液和葡萄糖氧化酶进入并联电容组，通过连接管道依次流入各并联的电容器，并与电容器内的掺杂有mos2纳米片的电介质接触，电介质的介电常数发生变化，从而电容器的电容发生变化；

12、s3、中控单元实时监测并联电容组的总电容变化，根据实时总电容变化得到中控单元芯片实时脉宽变化，进而得到实时血糖浓度；

13、s4、当监测到实时血糖浓度大于规定值时，中控单元控制给药动力装置开启，胰岛素储液池内的胰岛素通过胰岛素输入通道和给药微针，实现自动给药。

14、进一步的，所述s2中，葡萄糖氧化酶与间质液混合后发生反应生成过氧化氢，过氧化氢将mos2氧化生成moo3，降低了电介质中mos2的掺杂量，进而降低了电介质的介电常数，从而改变电容器的电容。

15、进一步的，所述s3中，实时血糖浓度与中控单元芯片实时脉宽变化关系为：

16、

17、其中，δtw是中控单元芯片实时脉宽变化量；nk是第k次检测结束后消耗的电容器数量；nk-1是k-1次检测结束后消耗的电容器数量；s是电容器电极间有效相对面积，为常数；d为电容器电极间有效间距，为常数；cmax为单个电容器的初始电容值；cmin为单个电容器mos2耗尽后电容值；k为电介质中mos2介电-质量分数比例系数；μ是催化过程中血糖和mos2间的消耗系数，温度一定时为常数；v是每次抽取的间质液体积；r为中控单元芯片的等效电阻，为常数。

18、进一步的，所述中控单元能够监测葡萄糖氧化酶储液池内的葡萄糖氧化酶剩余量以及胰岛素储液池内的胰岛素剩余量，并通过蓝牙传输模块反馈到客户端。

19、有益效果

20、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

21、(1)本发明通过设置血糖浓度传感机构、胰岛素给药机构和中控单元，能使实时监测血糖变化，并根据血糖浓度数据控制胰岛素给药机构自动给药，安全方便，可操作性强；

22、(2)本发明设置包括若干个电容器的并联电容组，电容器的电介质为pva-peg-mos2混合凝胶，葡萄糖氧化酶与间质液混合后发生反应生成过氧化氢，过氧化氢将mos2氧化生成moo3，降低了电介质中mos2的掺杂量，进而改变了电介质的介电常数，从而使电容器的电容发生变化，并能够通过电容变化以及中控单元芯片实时脉宽变化得到实时血糖浓度，实现了连续监控血糖并控制给药的作用；本发明设计合理，结构简单，操作方便，实用性强。

技术特征：

1.一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，所述胰岛素给药机构包括胰岛素储液池、胰岛素输入通道、给药动力装置和给药微针；

3.根据权利要求1所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，所述电介质为浸润有含mos2凝胶的电解纸，制备方法为：

4.根据权利要求1所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，还设置有混合池；

5.根据权利要求4所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，还设置有采样动力装置，所述采样动力装置在中控单元的控制下为间质液和葡萄糖氧化酶的流动提供动力。

6.根据权利要求1所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制装置，其特征在于，还设置有葡萄糖氧化酶储液池，所述葡萄糖氧化酶储液池与葡萄糖氧化酶注入通道连接。

7.一种基于并联电容的血糖监测和给药控制方法，其特征在于，基于权利要求1～6任意一项所述的装置完成，所述控制方法包括：

8.根据权利要求7所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制方法，其特征在于，所述s2中，葡萄糖氧化酶与间质液混合后发生反应生成过氧化氢，过氧化氢将mos2氧化生成moo3，降低了电介质中mos2的掺杂量，进而降低了电介质的介电常数，从而改变电容器的电容。

9.根据权利要求7所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制方法，其特征在于，所述s3中，实时血糖浓度与中控单元芯片实时脉宽变化关系为：

10.根据权利要求7所述的基于并联电容的血糖监测和给药控制方法，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种基于并联电容的血糖监测和给药控制装置及控制方法，装置包括间质液采集微针、间质液注入通道、葡萄糖氧化酶注入通道、并联电容组、胰岛素给药机构和中控单元；并联电容组包括连接管道和若干并联电容器，电容器电介质掺杂有MoS2纳米片，连接管道将若干个电容器依次串联；间质液注入通道内部的间质液和葡萄糖氧化酶注入通道内部的葡萄糖氧化酶通过连接管道依次流入各电容器，并与电容器内的电介质接触；中控单元与并联电容组和胰岛素给药机构连接，连续监测并联电容组电容变化，并据此得到实时血糖浓度及控制胰岛素给药机构自动给药。本发明能够根据血糖浓度连续产生信号并驱动给药系统给药，结构简单，操作方便，安全性强。

技术研发人员：张宇森,王逸之,邹翔,吴昇,余振中,张阳,何伟,许宇瀚
受保护的技术使用者：金陵科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10