血糖仪测试套件
背景
在美国，糖尿病影响估计有 1600 万人。另有 500 万人患有这种疾病，但并未意识到这一点。糖尿病是一种慢性代谢疾病，会影响胰腺产生或响应胰岛素的能力。糖尿病的两种主要形式是 I 型和 II 型。由于胰岛素（一种由胰腺产生的激素）不足，两种类型的糖尿病都可能导致血糖水平升高。胰岛素是人体新陈代谢的关键调节剂。饭后，食物在胃和肠中消化。碳水化合物被分解成糖分子——其中葡萄糖是其中之一——蛋白质被分解成氨基酸。葡萄糖和氨基酸被直接吸收到血液中，血糖水平升高。正常情况下，血糖水平的升高会向胰腺中的重要细胞（称为 β 细胞）发出信号，分泌胰岛素，然后注入血液。胰岛素随后使葡萄糖和氨基酸进入体内细胞，在那里，与其他激素一起，它决定这些营养物质是被燃烧以获取能量还是储存以备将来使用。当血糖降至餐前水平时，胰腺会减少胰岛素的产生，身体会使用其储存的能量，直到下一顿饭提供额外的营养。
在 I 型糖尿病中，胰腺中产生胰岛素的 β 细胞逐渐被破坏；最终胰岛素缺乏是绝对的。如果没有胰岛素将葡萄糖转移到细胞中，血糖水平就会变得过高，这种情况称为高血糖症。因为身体不能利用糖，它会溢出到尿液中并丢失。虚弱、体重减轻、过度饥饿和口渴是这种疾病的几个指标。患者变得依赖施用的胰岛素来维持生存。
II型糖尿病是迄今为止更常见的糖尿病。大多数 II 型糖尿病患者似乎会产生不同数量的胰岛素，但肝脏和肌肉细胞会出现异常，从而抵抗其作用。胰岛素附着在细胞受体上，但葡萄糖不会进入称为胰岛素抵抗的状态。虽然许多患者可以通过饮食或使用刺激胰腺释放胰岛素的药物来控制 II 型糖尿病，但通常情况会恶化，可能需要注射胰岛素。
血糖水平居高不下（高于 150 mg/DL）会导致健康并发症，例如失明、心脏病、肾病和神经损伤。糖尿病患者监测血糖浓度的一种方法是在一天中多次测试血液样本并注射适当剂量的胰岛素。根据医生的建议并使用此类产品，患者通常每天数次（三到五次）测量血糖水平。通常这些血样取自手指，但也可以从其他地方采集。由刺血针组成的指尖刺用于刺破手指并抽取放置在测试条上的少量血液。将测试条放置在通常基于葡萄糖的电酶氧化的监测套件中。虽然没有已知的糖尿病治愈方法，但研究表明，定期监测血糖水平并与医疗保健提供者密切合作的患者与疾病相关的并发症较少。
使用典型的血糖仪和采血装置，采样和测量过程一般如下。首先，用户通过从保护性包装或小瓶中取出测试条并将其插入仪表中来准备仪表以供使用。血糖仪可以确认测试条的正确放置并表明它已准备好用于样品。某些血糖仪此时可能还需要校准或参考步骤。用户通过从刺血装置上取下盖子、将一次性刺血针放入刺血装置中、更换盖子并在刺血装置中设置提供将刺血针驱动到皮肤中的力的弹簧状机构来准备刺血装置.这些步骤可以同时发生（例如，典型的刺血装置在安装刺血针时设置其弹簧机构）。用户然后将刺血装置放在手指上。在将刺血装置定位在手指上后，用户按下按钮或打开装置以释放刺血针。弹簧推动刺血针向前，形成一个小伤口。
刺血后，刺血部位会出现一小滴血。如果足够，用户根据制造商的说明将样品放在测试条上。然后测量仪测量血糖浓度（通常通过葡萄糖与试纸上的试剂发生化学反应）。
历史
2001 年，Helen Free 博士入选了俄亥俄州阿克伦的国家发明家名人堂。在 1940 年代，Free 博士开发了第一个自我测试套件，允许糖尿病患者通过在家中检查尿液来监测血糖。过去，糖尿病患者必须去医生办公室检查血糖水平。家庭分析的早期指标是基于尿液检测。 Free 博士参与了超过七项专利，这些专利导致了家庭葡萄糖测试的设计和功能的改进。在 1950 年代末和 1960 年代初，人们分析了血糖水平以检测更准确的水平以进行监测和治疗。
多年来，糖尿病患者的解决方案是几种尿液分析套件中的一种，它提供了不精确的血液葡萄糖测量值。后来，开发了用于尿液检测的试纸条。然而，测试尿液中的葡萄糖在准确性上是有限的，特别是因为葡萄糖溢出到尿液中的肾阈值对于每个人是不同的。此外，由于葡萄糖到达尿液的时间延迟，尿液中的糖分（葡萄糖）表明在测试前几小时葡萄糖过高。因此，从尿液中获取的读数表明在测试尿液前几个小时血液中的葡萄糖水平。
通过直接从血液中获取读数来确定当前的葡萄糖水平，可以获得更准确的读数。家庭血液测试的出现被一些人认为是自 1921 年发现胰岛素以来糖尿病护理方面最重要的进步。随着全血测试试剂条的开发，家庭血糖测试变得可用。所述试剂条包括反应物系统，所述反应物系统包含能够催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢的酶，例如葡萄糖氧化酶；指示剂或可氧化染料，例如邻甲苯胺；以及具有过氧化活性的物质，能够催化指示剂的氧化。染料或指示剂根据氧化程度（取决于血样中葡萄糖的浓度）变成视觉上不同的色调。
原材料
用于生产血糖监测试剂盒的原材料有很多。测试条由多孔织物或材料组成，例如聚酰胺、聚烯烃、聚砜或纤维素。还有一种含有二氧化硅和研磨二氧化钛的水性羟基弹性体。还使用水、三甲基联苯胺、辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、羧甲基纤维素和渗析的羧化乙酸乙烯酯乙基共聚物胶乳。
仪表本身由装有印刷电路板和传感器的塑料外壳组成。有一个液晶显示器 (LCD) 将显示血糖读数。
刺血针由包裹在塑料外壳中的不锈钢针组成。
设计
有许多不同形式的葡萄糖检测试剂盒。一些血糖仪已经安装了针头。用户只需按下释放按钮，仪表就会弹出针头并取出样品。其他人需要单独的刺血针和测试条。这些是最常用的葡萄糖试剂盒形式。
仪表本身通常在机器顶部有一个 LCD 显示屏。中间朝下是一个马蹄形的槽，用于安装试纸。在这个槽下面是一个传感器，可以传输血液样本的读数。该设备会耗尽电池电量，并且通常内置短期记忆功能以记住过去的葡萄糖读数。一些设备可以连接到计算机程序来跟踪这些读数并打印出描述剧烈变化的图表和图表。
制造
过程
试纸
- 测试条优选为无纺布、机织织物、拉伸片形式的多孔膜，或由诸如聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚砜或纤维素等材料制成。
- 将 40 克阴离子稳定（3.8 重量份十二烷基硫酸钠和 0.8 重量份十二烷基苯磺酸）水性羟基弹性体混合制成试纸条，其中含有约 5% 按重量计胶体二氧化硅和 5 克精细研磨的二氧化钛。然后将1克四甲基联苯胺、5,000单位辣根过氧化物酶、5,000单位葡萄糖氧化酶、0.12克tris和10克水（羟甲基）氨基甲烷（缓冲液）混合到批料中。
- 混合以确保均匀混合后，将批料浇注到聚对苯二甲酸乙二醇酯片上以增加载体基质中的结构完整性，并在 122°F (50°C) 下干燥 20 分钟。
- 接下来，将 100 mg 3-二甲基氨基苯甲酸、13 mg 3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙、100 mg 柠檬酸一水合物-柠檬酸钠二水合物和 50 mg Loval 以干燥形式加入到50 毫升管。
- 用抹刀混合这些干燥材料，然后加入 1.5 克 10% 的羧甲基纤维素水溶液并与上述固体充分混合。
- 接下来，加入2.1g渗析的羧化乙酸乙烯酯乙基共聚物胶乳并充分混合。
通过将约100g羧化乙酸乙烯酯/乙烯共聚物乳液放入膜管中，已经渗析(将较大颗粒与较小颗粒分离)胶乳共聚物。将填充的膜在 68°F (20°C) 的水（蒸馏）浴中浸泡 60 小时，使低分子量颗粒、未反应的单体、催化剂、表面活性剂等通过膜。在 60 小时内，使用溢流系统不断更换水。然后将剩余的透析乳液用于制备试剂层。
- 然后将 0.18 ml 葡萄糖氧化酶以液体形式移入管中。接下来，过氧化物酶作为液体被吸入管中，柠檬黄被吸入管中。将所得混合物彻底混合。使该混合物静置大约 15 分钟。
- 在涂上上述溶液之前，将抛光的哑光乙烯基载体切割成电池排，然后用甲醇擦拭干净。将混合物拉入 10 毫升注射器中，将大约 10, 6 毫米滴放在每个细胞行上。涂覆的电池排在烘箱中在 98.6°F (37°C) 下加热 30 分钟，然后在 113°F (45°C) 下加热两个小时。对每个细胞行重复这种涂覆和散布混合物的过程。然后将细胞行切成所需尺寸的条。
- 这些条使用硅胶吸收剂包装，并在大约 86°F (30°C) 和 25 mm/Hg 真空下干燥过夜。
血糖仪
- 模腔内装有压模机，将一粒封装材料（注塑成型中使用的热塑性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、不饱和聚酯树脂和其他热固性树脂）放入一个接收室。
患者刺破手指并将样品涂在试纸上。然后将测试条插入血糖仪。大约 10-15 秒后，血糖读数出现。 - （葡萄糖检测器的）集成电路的封装是通过加热封装材料颗粒并使用转移柱塞将其压入腔室来实现的，这会导致颗粒液化并通过两个之间的小通道流入模具腔腔室和模腔。
- 让封装材料再次凝固后，打开模压机，分离模具部件。
- 取出封装的集成电路后，开模压机准备好接收新的插件和封装材料颗粒，以重复封装过程。
柳叶刀
- 如今的采血针通常采用注塑成型工艺或组装工艺制造。在注塑成型过程中，通过将金属丝粘附到周围的手指抓握材料上来将金属丝固定到位。
- 手指把手通常由塑料材料制成，例如聚乙烯。电线的尖端嵌入点盖中，窄颈部将点盖连接到手指握把上。
- 点盖可保持线点清洁直至使用。使用刺血针时，在颈部扭掉针尖盖，露出针尖以供使用。
- 组装过程包括使用粘合剂（例如热环氧树脂、两部分环氧树脂或紫外线粘合剂）将电线连接到手指把手上。
- 然后将盖子放在电线尖端上以进行保护和消毒。当要使用刺血针时，将帽在颈部拧掉，从而暴露出线尖以供使用。
副产品/废物
用于外壳的塑料和各种聚合物可以回收利用，以便熔化并倒入模具中。在试纸上用作试剂的化学品作为实验室废物处理。大多数零件都可以回收利用，因此浪费很少。
未来
植入式传感器的研究进展顺利。已经开发了几个系统，可能很快就会进入临床测试。这些将是植入皮肤下的非常细小的针头。针尖中的化学物质与组织中的葡萄糖发生反应并产生电信号。该过程类似于大多数血糖仪中使用的过程。然后可以将电信号遥测到手表大小的接收器，该接收器可以将信号解释为葡萄糖值以在手表上读取。
正在开发的替代系统使用微小的激光束在皮肤上钻出一个微小的孔，通过该孔吸取微小的组织液。该装置然后可以以类似于先前描述的装置的方式测量流体中的葡萄糖。该设备的开发人员希望在同一个手表大小的接收器中结合使用一种称为反向离子电渗疗法的过程通过皮肤注入胰岛素的机制。该过程使用电流使胰岛素通过皮肤而无需针刺。这两种设备距离普遍使用还有几年的时间。
无需刺破手指即可测量血糖的无血血糖仪是终极梦想。在堪萨斯州立大学，为食品工业开发了一种类似的技术，使用激光束测量水果和其他食物的糖含量，而不会破坏食物的表皮。不幸的是，这项技术更难用于人类。皮肤厚度因人而异，温度也因人而异。这项被称为“梦想光束”的技术仍然是可能的，但距离它足够便宜或足够准确以在未来投入实际使用还需要一段时间。
Synthetic Blood International (SYBD) 开发了一种可植入的葡萄糖生物传感器来监测血糖，无需使用手指。葡萄糖生物传感器使用对葡萄糖特异的酶。一旦植入皮下组织，这种与心脏起搏器大小相仿的生物传感器就可以提供连续、准确的血糖监测。最新的技术距离能够提供闭环系统还有几年时间，该系统将根据生物传感器上的数字读数输送胰岛素。最终，葡萄糖生物传感器将与植入的胰岛素泵相连，形成一个闭环机械胰腺。
哪里可以了解更多
其他
雅培实验室网页。 2001 年 12 月。
美国糖尿病协会网页。 2001 年 12 月。
合成血国际网页。 2001 年 12 月。
美国食品和药物管理局网页。 2001 年 12 月。
邦尼 P. 麦克莱恩
制造工艺