本發明屬于家用醫療器械，尤其是涉及一種智能化胰島素筆。

背景技術：

糖尿病患者需通過注射胰島素進行血糖控制，一般在胰島素注射前，需先進行血糖測試，根據血糖濃度的高低來調整胰島素的用量。現有的血糖儀采用一次性的血糖試紙條，患者進行完一次血糖測試之后就作廢丟棄，不可繼續使用。國產血糖試紙的售價一般為每條1-2元，如三諾，艾科，魚躍，怡成等，進口血糖試紙的售價一般為每條2-5元，如強生，雅培，歐姆龍，拜耳，羅氏等。嚴重的糖尿病患者每天需測量3-4次血糖，一次性使用的血糖試紙將給糖尿病患者帶來一定的經濟負擔。若能研發出一種可重復使用的血糖檢測傳感器，將大大減少患者的經濟負擔。

科學的胰島素注射劑應根據餐前血糖濃度以及用餐進食的糖量進行調節，然而由于患者知識水平的限制，目前大部分患者只是根據醫生給出的初始胰島素用量，在一段時間內保持該劑量不變，進行注射。但是由于患者每天的運動，飲食，身體狀態不同，餐前血糖濃度也不同，因此注射同樣多的胰島素對餐后血糖的控制程度也會有所不同。為了更好地控制血糖濃度，應當在每次進食前對餐前血糖濃度進行測試，并根據當前血糖濃度對胰島素用量進行適當的調節，以減小血糖波動。因此，在胰島素注射筆中增加胰島素用量智能計算功能，能根據患者的當前血糖值計算出所需的胰島素用量，將更穩定地控制患者的血糖。

胰島素需放在低溫環境中冷藏以保持其活性，一般在家中可放在冰箱中，外出時需攜帶專用的冷藏盒進行保存。現有的產品中，血糖測試，胰島素冷藏以及胰島素注射為三種不同的產品，使用時，需分別攜帶，使用不便。因此，開發一款既可以穩定保存胰島素又可以測量血糖，自動計算胰島素用量的產品，可以大大提高糖尿病患者的生活質量。

技術實現要素：

本發明提出了一種智能化的胰島素筆，解決了現有技術中血糖檢測試紙條不能重復利用的問題，糖尿病患者的血糖濃度不能控制注射胰島素的用量的問題，同時解決了現有技術中胰島素筆需冷藏，隨身攜帶不方便的問題。

本發明的發明構思是：針對現有技術中血糖檢測試紙條不能重復利用的問題，本發明設計了一種基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)加工工藝的血糖檢測電極，通過深蝕刻技術在基底材料表面蝕刻出微槽，然后通過光刻工藝在微槽中光刻出工作電極，參比電極和對電極，并將足量的催化材料(如葡萄糖氧化酶或者納米催化材料)固定于工作電極表面，在催化材料外層增加保護層，如聚氨酯、聚亞安酯、Nafion、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。該保護層可以防止催化材料的流失同時保護電極。血糖檢測時，將指尖血碰觸電極尖端，由于毛細作用，血液會進入微槽中，在工作電極上施加相應的電壓即可測得血糖值。測試完成后，可控制電極清洗裝置流出一定量的電極清洗液，對電極進行清洗，晾干后干燥保存。由于每次測試的時間僅5秒鐘左右，這期間對電極的損耗極小，催化材料(如葡萄糖氧化酶或者納米催化材料)在干燥的環境中可穩定保存較長時間，所以本該血糖檢測電極可重復使用幾十次。

針對現有技術中糖尿病患者的胰島素用量不能根據血糖濃度作出及時調整，從而不能準確控制血糖濃度的問題，本發明在胰島素筆中增加血糖檢測功能，使得在胰島素注射前可以方便地測試血糖濃度，并根據患者當下的血糖濃度自動計算所需的胰島素用量，并通過自動注射模塊精確控制胰島素注射量和注射速度，從而更準確地控制血糖濃度，保證糖尿病人的血糖穩定。

針對胰島素筆需冷藏保存，而隨身攜帶冷藏裝置不方便的問題，本發明在提出了一種可進行胰島素冷藏的胰島素筆，對胰島素存儲區進行制冷，一方面保證了胰島素的活性，另一方面，胰島素存儲區較小，因此所需的制冷和散熱裝置都相應體積較小，這大大減小了制冷裝置的體積，方便糖尿病患者隨身攜帶。

本發明的技術方案是這樣實現的：

智能化胰島素筆包括包括殼體，以及設置在殼體內的血糖檢測模塊、控制模塊、胰島素存儲倉和胰島素注射模塊；

所述的血糖檢測模塊用于檢測用戶的血糖濃度；

所述的控制模塊用于獲取血糖檢測模塊檢測到的血糖濃度數據，并處理分析所需的胰島素用量；

所述的胰島素存儲倉用于輸出一定量的胰島素量至胰島素注射模塊；

所述的血糖檢測模塊包括可重復使用的MEMS血糖檢測電極；血糖檢測電極基底材料表面通過深蝕刻技術蝕刻出微槽，再在微槽內通過光刻工藝光刻出工作電極，參比電極和對電極；其中工作電極表面涂覆有催化材料。

進一步地，本發明胰島素筆包括胰島素冷藏模塊，該胰島素冷藏模塊包括溫度傳感器、半導體制冷片和散熱器；溫度傳感器位于胰島素存儲倉的表面，用以測試胰島素存儲倉的溫度，同時將該溫度值傳遞給控制模塊，控制模塊根據溫度數據控制半導體制冷片的工作，對胰島素存儲倉進行制冷；半導體制冷片的一面貼于胰島素存儲倉的外壁，另一面緊貼散熱器，控制模塊根據半導體制冷片的工作狀況，控制散熱器的工作情況。

進一步地，所述的血糖檢測模塊還包括盛放在電極清洗液罐的電極清洗液和電極清洗導管；當血糖檢測電極進行一次血糖檢測后，系統控制流出一定量的電極清洗液對血糖檢測電極的表面進行清洗，方便下次使用。

進一步地，所述的血糖檢測電極通過電極連接夾具與本發明胰島素筆可拆卸連接。

進一步地，所述的血糖檢測電極采用的基底材料為硅、玻璃、石英等；參比電極的材料為Ag/AgCl，工作電極的材料為金或鉑，對電極的材料為鉑。

進一步地，所述的催化材料外層增加保護層，該保護層可以防止催化材料的流失同時保護電極。

進一步地，所述的催化材料為葡萄糖氧化酶或者納米催化材料。

進一步地，所述的胰島素注射模塊所注射的胰島素用量可根據血糖檢測模塊測得的血糖值計算得到，也可在此基礎上進行手動調節。

本發明的優越性在于：本發明在胰島素注射筆中增加了血糖檢測功能，使得在胰島素注射前可以方便地測試血糖濃度，并根據患者當下的血糖濃度自動計算以及控制所需的胰島素用量，從而更準確地控制血糖濃度，保證糖尿病人的血糖穩定。增加的小型化的制冷模塊可方便地對胰島素進行冷藏，保證胰島素活性，同時提高了胰島素冷藏裝置的便攜性。增加的血糖檢測功能使用了基于MEMS加工工藝的血糖檢測電極，電極生產成本低且可重復多次使用，減少了糖尿病患者的經濟負擔。

附圖說明

圖1為本發明智能化胰島素筆的系統框圖；

圖2為本發明智能化胰島素筆的結構示意圖；

圖3為本發明智能化胰島素筆的血糖檢測電極的結構示意圖；

圖4為本發明智能化胰島素筆的血糖檢測電極的微槽結構剖視圖；

圖5為本發明智能化胰島素筆的血糖檢測電極固定在電極連接夾具中的示意圖；

其中附圖標記如下：微處理器1，血糖檢測模塊2，血糖檢測電極21，參比電極211，工作電極212，對電極213，電極連接線214，電極連接焊盤215，微槽216，血糖檢測電路22，電極連接夾具23，夾具上片231，夾具下片232，電極清洗液導管通孔233，電極清洗液24，電極清洗液罐25，電極清洗液導管26，胰島素冷藏模塊3，溫度傳感器31，半導體制冷片32，散熱器33，散熱片331，散熱風扇332，胰島素存儲倉4，金屬倉體41，絕熱層42，胰島素取出口43，胰島素筆芯44，推進蓋45，彈性膜46，胰島素注射模塊5，微推進泵51，微推進電機511，微推進桿512，胰島素注射針頭52，胰島素注射針頭帽53，顯示模塊6，按鍵7(控制按鍵71和72)，電源模塊8，電池81，電源控制電路82，殼體9，胰島素倉開口91，胰島素針頭通孔92，電池充電接口93，散熱通孔94，血糖檢測蓋95，電極清洗液加液口96，按鍵及顯示控制電路10。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是別發名一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域的普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

如圖1所示，本發明智能化胰島素筆包括微處理器1，血糖檢測模塊2，胰島素冷藏模塊3，胰島素存儲倉4，胰島素注射模塊5，顯示模塊6，按鍵7和電源模塊8。其中胰島素冷藏模塊3包括溫度傳感器31、半導體制冷片32和散熱器33，胰島素注射模塊5包括微推進泵51和胰島素注射針頭52。微處理器1控制血糖檢測模塊2測試血糖，血糖檢測模塊2測量得到的數據傳輸給微處理器1，微處理器1根據該血糖值，根據現有成熟算法計算得到所需的胰島素用量。微處理器1控制微推進泵51從胰島素存儲倉4中泵出相應用量的胰島素，并通過胰島素注射針頭52注射入糖尿病患者體內。胰島素冷藏模塊3用于胰島素的冷藏，溫度傳感器31位于胰島素存儲倉4的表面，測試胰島素存儲倉4的溫度，同時將該溫度值傳遞給微處理器1，微處理器1根據溫度數據，控制半導體制冷片32的工作，對胰島素存儲倉4進行制冷。半導體制冷片32的一面貼于胰島素存儲倉4的外壁，另一面緊貼散熱器33，微處理器1根據半導體制冷片32的工作狀況，控制散熱器33的工作情況。電源模塊8為微處理器1，血糖檢測模塊2，胰島素冷藏模塊3，微推進泵51，顯示器6和控制按鍵7提供電源。

所述的微處理器1可選用低功耗的單片機，如德州儀器的MSP430系列單片機，德州儀器的SimpleLink C26系列單片機，Atmel SAML21系列，意法半導體STM32L4系列等。

圖2為本發明胰島素筆的結構圖。

智能化胰島素筆由以下幾部分組成：

殼體9上設有胰島素倉開口91，胰島素針頭通孔92，電池充電接口93，散熱通孔94，血糖檢測蓋95，電極清洗液加液口96，控制按鍵71和72，顯示器6。胰島素倉開口91用于取出和放置胰島素筆芯44，胰島素針頭通孔92用于胰島素注射針頭的伸出，電池充電接口93用于對電池81充電，散熱通孔94用于胰島素冷藏模塊3的散熱，血糖檢測蓋95用于保護血糖檢測電極21，使用時可打開進行血糖檢測，電極清洗液加液口96打開后，可以進行電極清洗液加液。控制按鍵71和72用于對胰島素筆的參數進行設置，如冷藏溫度設置，胰島素注射量調整等。顯示器6用于顯示胰島素筆的工作狀態，如血糖值，胰島素用量，胰島素冷藏溫度等。按鍵71和72以及顯示器6的工作狀態可通過按鍵及顯示控制電路10來進行調控。

電源模塊8包括電池81和電源控制電路82。

血糖檢測模塊2包括血糖檢測電極21，血糖檢測電路22，電極連接夾具23和電極清洗液24；血糖檢測電極21通過電極連接夾具23與本發明胰島素筆連接，血糖檢測電路22通過血糖檢測電極21測試血液中的葡萄糖濃度。

胰島素存儲倉4包括金屬倉體41和絕熱層42，胰島素存儲倉4的側壁設有胰島素取出口43，該胰島素取出口43正好位于胰島素倉開口91處。胰島素筆芯44放置于胰島素存儲倉4內。半導體制冷片32的制冷面緊貼于胰島素存儲倉4的金屬倉體41的外壁，用于對胰島素存儲倉4的制冷。半導體制冷片32的散熱面緊貼于散熱器33，散熱器33包括散熱片331和散熱風扇332，散熱器33用于對半導體制冷片32的散熱。胰島素存儲倉4的溫度可通過胰島素冷藏控制電路34對半導體制冷片32的工作狀態進行調控。

微推進泵51包括微推進電機511和微推進桿512，微推進桿512的一端固定于微推進電機511上，另一端與胰島素筆芯44的推進蓋45緊密貼合，微推進電機511轉動時帶動微推進桿512前進，推動推進蓋45，將胰島素筆芯44中的胰島素推出。胰島素筆芯44的底部為彈性膜46，胰島素注射針頭帽53固定于殼體9上，胰島素注射針頭52穿過殼體9上的胰島素針頭通孔92，并穿透胰島素筆芯44的彈性膜46，胰島素筆芯44中的胰島素在微推進電機511的推動作用下，從胰島素注射針頭52中流出。胰島素的注射量可由胰島素注射控制電路54進行調控。

血糖檢測電極21的結構如圖3所示，電極采用微加工工藝制作而成，電極基底材料為硅，玻璃，石英等。血糖檢測電極21由參比電極211，工作電極212和對電極213組成，參比電極211的材料為Ag/AgCl，工作電極212的材料為金或鉑，對電極213的材料為鉑。參比電極211，工作電極212和對電極213的尺寸為50um-500um。工作電極212可以為有酶電極，也可以為無酶電極。當工作電極212為有酶電極時，電極表面固定有足量的葡萄糖氧化酶，用于催化血液中的葡萄糖，葡萄糖氧化酶表面有一層保護層，一方面可以保護電極，減少血液中的生化物質對電極造成腐蝕，另一方面可以防止葡萄糖氧化酶流失，延長電極的使用壽命。當工作電極212為無酶電極時，電極表面不固定酶，可以選用具有催化活性的納米材料作為葡萄糖反應的催化劑，如納米Pt、Au、Pd等貴金屬以及Ni和Cu金屬及氧化物，還有碳納米管，石墨烯等納米材料，將這些材料固定在工作電極212表面，同樣在這些納米材料表面還需一層保護層。參比電極211，工作電極212和對電極213通過電極連接線214與電極連接焊盤215連接，電極連接線214和電極連接焊盤215的材料為金。電極連接焊盤215的尺寸為200um-1mm。

如圖4所示，血糖檢測電極21的硅基底表面通過深刻蝕工藝形成微槽216，微槽216的長度為1mm-10mm，深度為50um-200um，寬度為100um-1mm。參比電極211，工作電極212和對電極213制作在微槽216中。當需要進行血糖測試時，患者通過一次性采血針扎破指尖擠出血滴，并將指尖血滴放置血糖檢測電極21的電極尖端，當微槽216碰觸血滴時，由于毛細作用，血液會自動吸入微槽216中，在電極上施加相應的電壓，血液中的葡萄糖在電極表面固定的催化材料，如葡萄糖氧化酶或者納米材料的催化作用下，即可產生相應的電流，通過測試電流大小，即可測得血液中的葡萄糖濃度。

圖5為血糖檢測電極21固定在電極連接夾具23中的示意圖，電極連接夾具23包括夾具上片231和夾具下片232，夾具上片231的下表面有與血糖檢測電極21的電極連接焊盤215一一對應的信號連接焊盤234。當血糖檢測電極21固定在電極連接夾具23中時，血糖檢測電極21表面的電極連接焊盤215剛好與夾具上片231的信號連接焊盤234對齊并貼合緊密，系統可通過上下貼合的焊盤將電壓信號施加于血糖檢測電極21的參比電極211，工作電極212和對電極213上，血液中的葡萄糖所產生的信號也可通過上下貼合的焊盤引出。電極連接夾具23的夾具上片231上有電極清洗液導管通孔233，用于固定電極清洗液導管26。當血糖檢測電極21進行一次血糖檢測后，系統控制流出一定量的電極清洗液24對血糖檢測電極21的表面進行清洗，方便下次使用。

現有的血糖儀使用的血糖檢測電極為一次性使用的血糖試紙條，患者使用成本較高。本發明設計了一種MEMS血糖檢測電極，測試完之后電極表面可通過清洗液沖洗并晾干，由于每次測試的時間僅5秒鐘左右，這期間對電極的損耗極小，葡萄糖氧化酶或者納米催化物在干燥的環境中可穩定保存較長時間，所以本發明中的血糖檢測電極可重復使用幾十次。嚴重的糖尿病患者每天需測量3-4次血糖，一般的患者每天僅需測量一次，或者幾天測量一次，則本發明中的血糖檢測電極可連續使用十幾天至幾個月。同時MEMS加工工藝可通過大規模生產降低生產成本，電極的成本與一次性使用的血糖試紙條相近甚至更低，從而大大減少患者的經濟負擔。

本發明在胰島素注射筆中增加了血糖檢測功能，使得在胰島素注射前可以方便地測試血糖濃度，并根據患者當下的血糖濃度自動計算以及控制所需的胰島素用量，從而更準確地控制血糖濃度，保證糖尿病人的血糖穩定。增加的小型化的制冷模塊可方便地對胰島素進行冷藏，保證胰島素活性，同時提高了胰島素冷藏裝置的便攜性。

上述實施例并非是對于本發明的限制，本發明并非僅限于上述實施例，只要符合本發明要求，均屬于本發明的保護范圍。