一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其能夠最大限度地滿足目前的臨床需要。所述無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其包括生化參數(shù)ASIC模塊，RFID基帶芯片，接口電路，天線，外封裝殼，生化傳感電極，生化傳感涂料，被測物質(zhì)半透膜和生物兼容性涂層。采用這種技術(shù)設(shè)計(jì)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片具有有效，及時(shí)，連續(xù)地對人體多種生化參數(shù)進(jìn)行測量的功能，避免了糖尿病人定期檢測血糖濃度的煩惱和痛苦并爭取到最佳的治療時(shí)機(jī)。
【專利說明】【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明涉及生化參數(shù)檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯 片。 -種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片 【【背景技術(shù)】】
[0002] 根據(jù)世界衛(wèi)生組織2011年的統(tǒng)計(jì)，全球目前有大約3. 6億糖尿病人，該數(shù)字 到2030年將會(huì)翻倍。中國有大約九千三百萬糖尿病患者，印度有約七千萬，美國有約 二千三百萬左右。全球糖尿病患者人數(shù)每年以約7%的速度遞增。每年全世界在糖尿病及 其并發(fā)癥方面的花費(fèi)為4650億美元，其中美國占1200億美元，僅血糖試紙的花費(fèi)在美國就 高達(dá)20億美元。目前，防止由于糖尿病導(dǎo)致的多種并發(fā)癥的有效措施之一是及時(shí)、準(zhǔn)確地 監(jiān)測病人的血糖濃度。而使用廣泛的方法是直接采血鑒定法包括專業(yè)鑒定以及家庭簡易血 糖測量儀等。該種方法的主要缺點(diǎn)是費(fèi)事費(fèi)時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)，也給糖尿病人帶 來很多痛苦和不便，特別是對于離醫(yī)院較遠(yuǎn)，病情較重行動(dòng)不便的病人，往往由于不能及時(shí) 到醫(yī)院測定糖而貽誤治療的最佳時(shí)機(jī)。
[0003] 在發(fā)達(dá)國家目前也有用人體植入式血糖測定技術(shù)，但也只能達(dá)到單一的血糖參數(shù) 測定目的，對于高血糖并發(fā)癥的多種生化參數(shù)諸如酮癥、酸堿平衡失調(diào)等參數(shù)不能同時(shí)進(jìn) 行測定，同時(shí)，對于人體內(nèi)多種生化參數(shù)的測定，也缺乏有效的監(jiān)測方式和方法。以美國為 主的幾個(gè)大型醫(yī)用設(shè)備、材料生產(chǎn)廠商在該領(lǐng)域都投入了巨大的資本。Abbott Diabetes Care (雅培糖尿病護(hù)理）的Navigator系統(tǒng)（2008FDA已批準(zhǔn)在美國上市），為一小型的體 外便攜式血糖監(jiān)測產(chǎn)品。血糖探頭由皮膚外表向下深入至內(nèi)部，測定皮下組織間液體中與 血液中的血糖達(dá)到化學(xué)平衡的對應(yīng)的血糖濃度。系統(tǒng)只能維持短時(shí)間的血糖監(jiān)測（最多三 天），并且使用不是非常方便。De XCom(戴思康，一家公司）的全植入式血糖自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng) 由于需要外部電源驅(qū)動(dòng)，其整體物理邊界類似于一個(gè)AA電池的大小，植入過程相當(dāng)復(fù)雜。 系統(tǒng)的大尺寸也導(dǎo)致了手術(shù)帶來的各種感染的機(jī)率，嚴(yán)重地限制了該產(chǎn)品的市場化。除 此之外，系統(tǒng)還有電池和傳感器探頭的使用壽命限制。同樣，基于CGMS的Meditronic的 GuardianRT系統(tǒng)需要采用血滴測量，其他功能類似于以上兩個(gè)公司的同類產(chǎn)品。美國的 ADS所屬的VERYCHIP公司最近宣布將要進(jìn)入市場的基于RFID射頻技術(shù)的植入式生化芯片 集成了溫度傳感器模塊和RFID射頻標(biāo)簽。但沒有其他生化傳感探頭。該公司擁有的專利 號(hào)為US7297112,發(fā)明名稱為Embedded bio-sensor system的美國專利沒有對生化傳感器 的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的說明，其探頭和整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工作和測量原理都與我公司的 設(shè)計(jì)不同。特別是對于植入式生化傳感器在體內(nèi)與各種因素的相互作用的機(jī)理與解決方法 沒有進(jìn)行任何研究結(jié)果。國內(nèi)目前這方面的研究尚屬空白。北京泰柯梅克電子科技有限公 司（原奧普德電子科技有限公司）擁有的中國專利"體內(nèi)植入式生化參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)裝 置（中國實(shí)用新型專ZL200720139520. 6)"初步提出了 130KHzRFID芯片組植入式血糖自動(dòng) 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和初步的試驗(yàn)依據(jù)和結(jié)果，但是該專利涉及到的核心技術(shù)還有待于進(jìn) 一步改進(jìn)。當(dāng)前使用和正在研制的基于RFID射頻技術(shù)的人體內(nèi)植入式生化參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測 系統(tǒng)都以微處理器為基礎(chǔ)的RFID芯片集成。在這種系統(tǒng)內(nèi)，所有的生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)都是 與RFID芯片內(nèi)核電路做在一起，一個(gè)完整的系統(tǒng)只是針對一個(gè)特定的生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004] 此夕卜，現(xiàn)在國外商業(yè)用的植入式血糖測量產(chǎn)品，如美國的Medtronic MiniMed(CGMS), Abbott-Therasense(Navigator, http://www. mendosa. com/navigator. htm)，都不是微型完全植入式系統(tǒng)，每次測量用的傳感器最多只能用幾天就要更換，長期 使用很容易引起感染，對病人造成極大的不便和痛苦。最近發(fā)布的美國專利US7125382 (Embedded bio-sensor system)的設(shè)計(jì)思想是在傳統(tǒng)的RFID芯片內(nèi)核中包含有血糖傳感 器，這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于一個(gè)系統(tǒng)只能配置一種專用血糖監(jiān)測系統(tǒng)，亦未解決生物兼容性 問題和具體的工藝問題。
[0005] 因此，有必要提出一種改進(jìn)的技術(shù)方案來解決上述問題。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的無源微創(chuàng)皮下 生化參數(shù)檢測芯片，可對生化參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷問 題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯 片，其包括ASIC模塊，RFID基帶芯片，接口電路，天線，外封裝殼，生化傳感電極，生化傳感 涂料，被測物質(zhì)半透膜和生物兼容性涂層，作為基底材料的接口電路、附著于基底材料上的 生化傳感電極、覆蓋于生化傳感電極上的被測物質(zhì)半透膜和生化傳感涂料形成生化傳感 器。
[0008] 優(yōu)選的，生化傳感電極包括輔助電極，參考電極，多個(gè)同目標(biāo)物工作電極和異類目 標(biāo)物工作電極，所述生化傳感涂料包括生物活性物和異類目標(biāo)物活性探測物。
[0009] 優(yōu)選的，所述ASIC模塊保留對多種生化參數(shù)進(jìn)行同步檢測或異步檢測功能，所述 對多種生化參數(shù)進(jìn)行同步檢測或異步檢測功能通過更換不同的生化酶，探測不同的目標(biāo) 物；所述通過更換不同的生化酶，探測不同的目標(biāo)物指的是：葡萄糖氧化酶對應(yīng)探測血糖， ATP-ase對應(yīng)探測氧代謝功能，乳酸鹽氧化酶對應(yīng)探測骨骼中鈣的豐度，脂肪氧化酶對應(yīng)探 測膽固醇含量以及藥物濃度。
[0010] 優(yōu)選的，所述同目標(biāo)物為血糖，生物活性物為葡萄糖氧化酶；所述異類目標(biāo)物為血 脂。
[0011] 優(yōu)選的，對血糖傳感的監(jiān)測，采用Cu/C復(fù)合結(jié)構(gòu)作為所述基底材料，上面涂以具 有監(jiān)測葡萄糖分子的生物活性物，結(jié)構(gòu)上由鋨基金屬絡(luò)合物與葡萄糖氧化酶組成，以降低 工作電極與參考電極之間的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0012] 優(yōu)選的，ASIC模塊選擇所述輔助電極、參考電極、以及同目標(biāo)物工作電極，對不同 的被測目標(biāo)物進(jìn)行同時(shí)或順序檢測以提高檢測精度；選擇輔助電極、參考電極、以及異類目 標(biāo)物工作電極，對同類被測目標(biāo)物進(jìn)行同時(shí)或順序檢測以提高檢測精度。
[0013] 優(yōu)選的，所述工作電極和輔助電極采用碳電極，參考電極采用Ag/AgCl混合電極。
[0014] 優(yōu)選的，所述天線采用在磁芯上首先通過化學(xué)或物理的方法覆蓋一層高介電常數(shù) 的陶瓷氧化物，然后再通過化學(xué)腐蝕或物理鍍膜的方法形成電感線圈。
[0015] 優(yōu)選的，芯片外殼涂有所述生物兼容性涂層，該生物兼容性涂層對環(huán)境中的水分 和酸堿組分有阻抗作用，選用Parylene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜作為該生物兼容性 涂層材料。
[0016] 優(yōu)選的，該芯片所采集到的生化參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阶x卡器，讀卡器具有相 應(yīng)的數(shù)據(jù)處理功能和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆诰€網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)。
[0017] 優(yōu)選的，所述被測物質(zhì)半透膜為葡萄糖半透膜，經(jīng)過葡萄糖氧化酶作用，在氧化還 原電位的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，所述電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流與被測物質(zhì)的濃度成正比， 該電流由檢測電路檢測出，結(jié)果以數(shù)據(jù)的方式傳輸至所述讀卡器和在線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)。
[0018] 本發(fā)明提出的一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片設(shè)計(jì)采用13. 56MHz高頻RFID 標(biāo)準(zhǔn)，從而系統(tǒng)的天線可采用更小，更緊湊，更高增益的結(jié)構(gòu)。由于該種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使得天 線的電感線圈可采用更易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的工藝制備。該發(fā)明采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，即 分別采用RFID基帶模塊與ASIC生化參數(shù)檢測模塊組合方式，只需要改變ASIC模塊生化電 極活性劑涂層，而不需要改變基帶芯片就能滿足對不同的生化參數(shù)進(jìn)行檢測的需要，極大 地提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和使用范圍。根據(jù)本發(fā)明的基本思想，生化參數(shù)檢測電極采用固定 的電極基底，在大多數(shù)情況下，只需要改變傳感器的工作電極而保留參考電極和輔助電極 就可以完成對不同的被檢測生化系統(tǒng)的傳感器的改造。根據(jù)本發(fā)明對生化傳感器的選擇， 特別是對工作電極活性物的選擇，所用的分子半透膜不僅能夠有效地調(diào)節(jié)生化傳感器活性 物的工作狀態(tài)，還可同時(shí)提供初級生物兼容性以及抗環(huán)境干擾的功能。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的芯片系統(tǒng)能夠與標(biāo)準(zhǔn)的高頻電子標(biāo)簽讀卡器和在 線網(wǎng)絡(luò)虛擬專家診斷系統(tǒng)協(xié)同工作。該芯片系統(tǒng)與在線網(wǎng)絡(luò)虛擬專家系統(tǒng)配合能夠?yàn)橛?戶和社區(qū)提供更廣泛的人性化和專業(yè)化服務(wù)，該特點(diǎn)極大地寬展了本系統(tǒng)的使用范圍和規(guī) 模。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0020] 圖1為基于RFID/ASIC技術(shù)的本發(fā)明的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的一實(shí)施 例的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021] 圖2為基于RFID/ASIC技術(shù)的本發(fā)明的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的一實(shí)施 例的信息交換系統(tǒng)；
[0022] 圖3為基于RFID/ASIC技術(shù)的本發(fā)明的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的一實(shí)施 例的多傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
[0023] 圖4為基于RFID/ASIC技術(shù)的本發(fā)明的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的一實(shí)施 例的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和
[0024] 圖5為基于RFID/ASIC技術(shù)的本發(fā)明的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片的一實(shí)施 例的生化傳感原理。 【【具體實(shí)施方式】】
[0025] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026] 此處所稱的"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中 的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的"在一個(gè)實(shí)施例中"并非均指同一 個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例，并且，以下所稱的實(shí) 施例之間的技術(shù)特征可以相互組合。
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖。
[0028] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片100,其包括生 化參數(shù)ASIC模塊109，RFID基帶芯片110,接口電路（PCB) 104,高頻天線106,生化傳感電極 107,生化傳感涂料108、外封裝殼(在本實(shí)施例中為圖1所示的塑料整體成型外殼111)、被 測物質(zhì)半透膜和生物兼容性涂層101。在本實(shí)施例中，如圖1所示，作為基底材料的接口電 路104、附著于基底材料上的生化傳感電極107、覆蓋于生化傳感電極107上的被測物質(zhì)半 透膜101和生化傳感涂料108形成生化傳感器。所述生化傳感器探測生化參數(shù)，所述ASIC 模塊109處理所述生化參數(shù)，并將其交由RFID基帶芯片100和高頻天線106傳輸出去。
[0029] 在本實(shí)施例中，基于 RFID (radio frequency identification devices) / ASIC(Application Specific Integrated Circuit)技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片100 與無源高頻感應(yīng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，該芯片100所采集到的生化參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳 輸?shù)阶x卡器(在本實(shí)施例中為圖2所示的RFID的電子標(biāo)簽讀卡器112)，所述電子標(biāo)簽讀卡 器112具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理功能和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆诰€網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng) 113,受電子標(biāo)簽讀卡器112產(chǎn)生的電磁場激發(fā)，人體皮下組織間液中的目標(biāo)物通過所述被 測物質(zhì)半透膜(在本實(shí)施中為葡萄糖半透膜)，經(jīng)過生化傳感涂料108 (在本實(shí)施例中為葡萄 糖氧化酶）作用，在氧化還原電位的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)生的電流與被測物 的濃度成正比，該電流由檢測電路(ASIC模塊109)檢測出，結(jié)果以數(shù)據(jù)的方式傳輸至電子 標(biāo)簽讀卡器112和在線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)113。在圖1所示的芯片100結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，芯片100系 統(tǒng)的最外層為Parylene或Peek材料形成的保護(hù)膜(未圖示)。該保護(hù)層不僅為電子標(biāo)簽提 供優(yōu)良的機(jī)械、力學(xué)、化學(xué)性能如抗拉，抗壓，抗腐蝕，各種性能穩(wěn)定，同時(shí)也是目前醫(yī)學(xué)和 生物學(xué)界最好的對生物肌體無害的醫(yī)用材料之一，在本實(shí)施例中，最外層為Parylene (帕 利靈，一種新型熱塑性塑料，用于制作極薄薄膜或沉積涂層）或Peek(聚醚醚酮材料）材 料形成的保護(hù)膜在結(jié)構(gòu)上與被測物質(zhì)半透膜(在本實(shí)施中為葡萄糖半透膜）重疊形成復(fù)合 保護(hù)膜101。在本實(shí)施例中，主要針對糖尿病病人，因此所述芯片設(shè)在用戶體內(nèi)可以用來通 過皮下組織間液體采集需要的體征信息，例如針對糖尿病人的血糖、血脂信息等等，若是如 此，則該復(fù)合保護(hù)膜101涂在除了血糖傳感區(qū)以外的所有地方。
[0030] 以下即再以一具體實(shí)施例，對所述生化傳感器進(jìn)行舉例說明其原理應(yīng)用，在該實(shí) 施例中，如圖3所示，所述生化傳感器包括基底材料(在本實(shí)施例中如圖所示的PCB120)，基 底材料上附著的輔助電極114,參考電極115,多個(gè)同目標(biāo)物(如血糖)工作電極116，117,異 類目標(biāo)物(如血脂)工作電極118,生物半透膜121 (同上述復(fù)合保護(hù)膜101中的被測物質(zhì)半 透膜，如果對應(yīng)檢測血糖，則為葡萄糖半透膜)，生物活性探測物122、123 (例如葡萄糖氧化 酶)，異類目標(biāo)物活性探測物124。前一實(shí)施例中的生化傳感電極107即相當(dāng)于集合了本實(shí) 施例中的輔助電極114,參考電極115,工作電極116,117,118 ;而生化傳感涂料108相當(dāng)于 集合了本實(shí)施例中的生物活性探測物122、123、及異類目標(biāo)物活性探測物124,從而可以實(shí) 現(xiàn)：所述ASIC模塊109選擇共有的輔助電極114,參考電極115,以及被測電極116,117或 118上的生物活性探測物122或異類目標(biāo)物活性探測物124,可對不同的被測目標(biāo)物進(jìn)行同 時(shí)或順序檢測；選擇所述共有即共用的電極（即輔助電極114,參考電極115)、以及被測電 極116,117上的生物活性探測物122,123可對同類被測目標(biāo)物進(jìn)行同時(shí)或順序檢測可提高 檢測精度，對順序檢測同類被測目標(biāo)物，還可延長傳感器的使用壽命。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，通過更換不同的生化酶，即可探測不同的目標(biāo)物。如葡萄糖氧 化酶一血糖，ATP-ase -有氧代謝功能，Lactate oxidase (乳酸鹽氧化酶）一骨豁中|丐的豐 度，脂肪氧化酶一膽固醇含量以及藥物濃度等。在所提交的項(xiàng)目中，芯片的ASIC模塊109設(shè) 計(jì)中保留了上述的對多種生化參數(shù)進(jìn)行同步檢測或異步檢測功能，對不同的應(yīng)用場合，只 需要更換不同的探頭即可實(shí)現(xiàn)對多種參數(shù)的檢測，或?qū)ν荒繕?biāo)物進(jìn)行重復(fù)測量以提高檢 測精度，在本實(shí)施例中，因?yàn)橹饕轻槍μ悄虿∪说臋z測主要在于血糖、次要為血脂指標(biāo)， 因此，將所述同目標(biāo)物設(shè)為血糖，則生物活性物122, 123為葡萄糖氧化酶，從而形成較多數(shù) 量的用于采集血糖信息的同目標(biāo)物工作電極116, 117 ;而所述異類目標(biāo)物為血脂，則通過 帶有對應(yīng)的異類目標(biāo)物活性探測物124的電極118來采集血脂信息。
[0032] 圖4是高頻天線106的電感線圈結(jié)構(gòu)，在高頻鐵氧體磁芯125上鍍高介電常數(shù)的 氧化物陶瓷126 (如A1203)，然后采用鍍膜工藝形成銅電感線圈127,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和實(shí)用性，亦可降低生產(chǎn)成本。由于使用了高導(dǎo)磁率的鐵氧體作為天線106的鐵芯，天線的 物理尺寸得以減小。該線圈除了感應(yīng)讀卡器激發(fā)的高頻電磁場對芯片系統(tǒng)提供電源外，還 用來作為芯片系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接發(fā)收用途。
[0033] 如圖5所示，為說明血糖傳感探頭的設(shè)計(jì)原理原理，再以一實(shí)施例來加以說明，圖 5是血糖傳感探頭的設(shè)計(jì)原理，所述生化傳感器工作區(qū)域約為0. 15mm2,在20-500mg/dl血 糖濃度范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)0. InAAmg/dL)的測量精度。在制備工藝中，該傳感器工作電極 (Working electrode)128和輔助電極（Counter electrode)采用碳電極，參考電極采用Ag/ AgCl混合電極。工作電極128表面覆蓋一層微結(jié)構(gòu)鏈葡萄糖酶化層129,在結(jié)構(gòu)上主要由 鋨基金屬絡(luò)合物與葡萄糖氧化酶組成，以降低工作電極與參考電極之間的驅(qū)動(dòng)電壓，從而 延長生物傳感材料的工作壽命。葡萄糖氧化酶（GOx)將葡萄糖催化氧化為過氧化氫與d-葡 萄糖酸-δ -內(nèi)酯，此外，在更外層還涂有一層葡萄糖減薄分子透膜130。該半透膜阻止水分 子透過，而容許約1/50的葡萄糖分子透過，因而在整個(gè)氧化還原過程中，在傳感電路中傳 輸?shù)碾娮訑?shù)目得到有效抑制，從而大幅度地減少了系統(tǒng)所需要的工作電壓。由于葡萄糖酶 化層的存在，因而整個(gè)過程不取決于該氧化還原系統(tǒng)以外的多余的氧分子參與，該特點(diǎn)也 是在人體皮下在缺氧狀態(tài)下，該血糖傳感探頭能夠穩(wěn)定地輸出血糖濃度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。該過 程的分步化學(xué)反應(yīng)過程為：
[0034] 在參考電極（Reference electrode) :Glucose+02GQx>Gluconic acid+H202 ;
[0035] 在工作電極（Working electrode) :H202>02+2H++2e'
[0036] 二者之間的工作電壓為40mV。在葡萄糖氧化酶機(jī)體GOx中，混合有微量的鋨基金 屬絡(luò)合物。
[0037] 本發(fā)明的特點(diǎn)包括：
[0038] 1、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片為一獨(dú)立、全植 入人體皮下的生化參數(shù)檢測系統(tǒng)，該技術(shù)系統(tǒng)基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。通過改變ASIC生 化模塊電極活性劑，能夠在不變更RFID基帶芯片的情況下測量與之接觸的血液或皮下組 織間液體的各種生化參數(shù)。
[0039] 2、由該監(jiān)測系統(tǒng)測得的各種參數(shù)通過加密的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與電子標(biāo)簽讀寫器和 在線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使數(shù)據(jù)采集方便、快速、可靠，系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。
[0040] 3、該系統(tǒng)芯片采用高頻RFID標(biāo)準(zhǔn)，主要是13. 56MHz高頻RFID標(biāo)準(zhǔn).，使系統(tǒng)天線 總體積減小，制造工藝更加簡單，成本降低。
[0041] 4、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片采用無電源設(shè)計(jì) 原理，因而使用壽命可大大延長，體積大幅度地減小，系統(tǒng)可靠性提升，也使得芯片的植入 操作非常簡便。
[0042] 5、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片具有雙生物兼容 性保護(hù)膜，對水、酸、堿具有有效的阻抗作用。該結(jié)構(gòu)同時(shí)也提供了對環(huán)境干擾的抵抗能力。
[0043] 6、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片采用一款多用的 生化電極基底材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對不同被檢測物，只需要更換相應(yīng)的活性涂層即可。
[0044] 7、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片為實(shí)現(xiàn)多組分檢 測，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了多路、高精度、慢速Λ SADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和窄帶P/N結(jié)帶隙溫度傳感 器。由于這些設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)所有的系統(tǒng)功能，本發(fā)明的無源微 創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片可通過FPGA (Field-Programmable Gate Array)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上來實(shí) 現(xiàn)的。
[0045] 8、基于RFID射頻技術(shù)和ASIC技術(shù)的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片采用了分子半透 膜來抑制過多的血糖分子參與氧化還原反應(yīng)，因而在生化參數(shù)檢測中，工作電極與參考電 極之間所需要驅(qū)動(dòng)電壓得到極大地降低，該特點(diǎn)也有效地延長了傳感器的使用壽命。
[0046] 綜上所述，本發(fā)明提供的在ASIC模塊與RFID基帶芯片的復(fù)合結(jié)構(gòu)框架下所設(shè)計(jì) 的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，能夠最大限度地滿足目前的臨床需要。采用這種技術(shù)設(shè)計(jì) 的微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片具有有效，及時(shí)，連續(xù)地對人體多種生化參數(shù)進(jìn)行測量的功 能，比如，避免了糖尿病人定期檢測血糖濃度的煩惱和痛苦并爭取到最佳的治療時(shí)機(jī)。本系 統(tǒng)采用ASIC生化參數(shù)傳感模塊與RFID基帶模塊復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，芯片內(nèi)部無電源，系統(tǒng)工 作電源來自周圍相鄰的電子標(biāo)簽讀寫器所發(fā)出的電磁感應(yīng)能量。當(dāng)二者相互靠近時(shí)，植入 在人體內(nèi)部的芯片天線通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電源啟動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，之后把傳感器采集到 的信息通過無線網(wǎng)路發(fā)送到電子標(biāo)簽讀寫器中。由于該系統(tǒng)采用了高頻RFID設(shè)計(jì)原理，因 此系統(tǒng)天線可采用電化學(xué)腐蝕的方法制備，在改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)又降低了系統(tǒng)的制 造成本。該微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片采用塑料模具使其外保護(hù)殼整體成型，以便于安裝 生化傳感器電極。〇. 18um標(biāo)準(zhǔn)CMOS流片工藝使用的Parylene芯片表面惰性材料也是很好 的人體組織生物兼容性材料，可與該芯片系統(tǒng)所用生化傳感器上覆蓋的葡萄糖半透膜形成 復(fù)合生物兼容性膜。上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。需要指出的是，熟 悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要 求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實(shí)施方式】。
【權(quán)利要求】
1. 一種無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其包括ASIC模塊，RFID基帶芯片，接口電路， 天線，外封裝殼，生化傳感電極，生化傳感涂料，被測物質(zhì)半透膜和生物兼容性涂層，作為基 底材料的接口電路、附著于基底材料上的生化傳感電極、覆蓋于生化傳感電極上的被測物 質(zhì)半透膜和生化傳感涂料形成生化傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，生化傳感電 極包括輔助電極，參考電極，多個(gè)同目標(biāo)物工作電極和異類目標(biāo)物工作電極，所述生化傳感 涂料包括生物活性物和異類目標(biāo)物活性探測物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，所述 ASIC模塊保留對多種生化參數(shù)進(jìn)行同步檢測或異步檢測功能，所述對多種生化參數(shù)進(jìn)行同 步檢測或異步檢測功能通過更換不同的生化酶，探測不同的目標(biāo)物；所述通過更換不同的 生化酶，探測不同的目標(biāo)物指的是：葡萄糖氧化酶對應(yīng)探測血糖，ATP-ase對應(yīng)探測氧代謝 功能，乳酸鹽氧化酶對應(yīng)探測骨骼中鈣的豐度，脂肪氧化酶對應(yīng)探測膽固醇含量以及藥物 濃度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，所述同目標(biāo) 物為血糖，生物活性物為葡萄糖氧化酶；所述異類目標(biāo)物為血脂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，對血糖傳感 的監(jiān)測，采用Cu/C復(fù)合結(jié)構(gòu)作為所述基底材料，上面涂以具有監(jiān)測葡萄糖分子的生物活性 物，結(jié)構(gòu)上由鋨基金屬絡(luò)合物與葡萄糖氧化酶組成，以降低工作電極與參考電極之間的驅(qū) 動(dòng)電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，ASIC模塊選 擇所述輔助電極、參考電極、以及同目標(biāo)物工作電極，對不同的被測目標(biāo)物進(jìn)行同時(shí)或順序 檢測以提高檢測精度；選擇輔助電極、參考電極、以及異類目標(biāo)物工作電極，對同類被測目 標(biāo)物進(jìn)行同時(shí)或順序檢測以提1?檢測精度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于，所述工作電 極和輔助電極采用碳電極，參考電極采用Ag/AgCl混合電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于：所述天線采 用在磁芯上首先通過化學(xué)或物理的方法覆蓋一層高介電常數(shù)的陶瓷氧化物，然后再通過化 學(xué)腐蝕或物理鍍膜的方法形成電感線圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于：芯片外殼涂 有所述生物兼容性涂層，該生物兼容性涂層對環(huán)境中的水分和酸堿組分有阻抗作用，選用 Parylene納米分子鍍膜或Peek分子鍍膜作為該生物兼容性涂層材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于：該芯片所采 集到的生化參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阶x卡器，讀卡器具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理功能和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù) 傳輸功能，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆诰€網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的無源微創(chuàng)皮下生化參數(shù)檢測芯片，其特征在于：所述被測 物質(zhì)半透膜為葡萄糖半透膜，經(jīng)過葡萄糖氧化酶作用，在氧化還原電位的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)，所述電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流與被測物質(zhì)的濃度成正比，該電流由檢測電路檢測出， 結(jié)果以數(shù)據(jù)的方式傳輸至所述讀卡器和在線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】A61B5/1486GK104055526SQ201310655847
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】龐德興 申請人:龐德興, 龍瓊珍