*本筆記用于推進畢業項目進行，接下來的文章都是我一步步從零開始學習的學習歷程。本人非生物醫學工程相關或者硬件相關的同學，文中均為我自己淺顯的理解，其中有些所用的名詞術語有可能是我自己臆想的，如有謬誤歡迎及時指正，如果能夠提出寶貴意見，您是我的救命恩人。

背景介紹：

本人香港科技的TPG在讀，我的專業要求產出“有意義”的科技產品作為畢業設計，經過各種奇奇怪怪的交流和思考，在一位教授的指導（給我畫了個大餅）下，妄圖制作一個可穿戴的汗液檢測裝置（深坑）。本科是計算機專業，對生物醫學并無理解。

事件發生了：（2022年7月20日）

反正就是很急，教授真的搞事。在簡單的交流過后，我痛定思痛，決定認真學習，2022年底不搞定，我就吃一噸屎。（這就是這系列學習筆記的由來）

正文：

對于汗液檢測的了解，是基于教授發給我的幾篇文章：

?完全集成的可穿戴傳感器陣列，用于多路現場排汗分析。（機翻）

現在我們必須完整詳細重新學習一遍，因為按道理講，我只要能把這個完全復刻出來就好了，但是我知道現實是不可能如此一帆風順的，一定會出現問題的。

按照文章的說法，他們制備了一個機械靈活和完全集成（即不需要外部分析）傳感器陣列用于原地排汗分析，同時選擇性地測量汗代謝物（如葡萄糖和乳酸）和電解質（如鈉和鉀離子），以及皮膚溫度（校準傳感器的響應）。

通過在PET襯底上制造傳感器，形成了穩定的傳感器-皮膚接觸，而FPCB技術利用現成的集成電路組件實現關鍵信號調節、處理和無線傳輸功能。

PET:就是一種塑料薄膜吧。實驗室用的是PI膜應該也差不多。

FPCB:柔性印刷電路板。

?上圖是他們的電極部分，包括一個檢測葡萄糖的，一個乳酸的，和他們共用的參比氯化銀電極，同時他們這個為了減少面積，氯化銀電極也充當對電極使用。兩個離子選擇電極，一個結合聚乙烯醇縮丁醛(PVB)涂層的參考電極。最旁邊是一個溫感。

上圖是他們的系統圖，我打算一步步來，其中葡萄糖和乳酸的操作看起來是一樣的，選其中一個，我想先搞懂怎么檢測葡萄糖濃度，怎么傳輸它的信號。

葡萄糖傳感器的原理：

原文機翻：基于固定在線性多糖殼聚糖的滲透膜中的葡萄糖氧化酶，Ag/AgCl電極作為傳感器的共享參比電極和對電極。使用普魯士藍染料作為介質可將還原電位最小化到約0V（相對于Ag/AgCl）

這酶傳感器自動產生電流信號，與工作電極和Ag/AgCl電極之間相應代謝物的豐度成正比。

意思就是溶液中的葡萄糖可以與葡萄糖氧化酶反應，然后在電極上產生電流，就可以被我們監測到，并且按照他們的意思，葡萄糖的濃度是和電流大小成正比的。并且這個葡萄糖氧化酶可以固定在殼聚糖里面，保證性能的穩定。

先說結論：橫坐標時間，縱坐標電流強度，這是隨著時間增加葡萄糖濃度電流的變化。看得出來性能不錯。而且可重復性和長期穩定性研究的結果表明，生物傳感器的靈敏度在至少四周的時間內是一致的。我都為他們感到高興。（感覺這個圖假假的）

但是溫度也會有影響，所以他們加了一個溫感用于實時補償：

?這樣看下來，實驗結果還是十分理想的，性能看起來還算穩定。

葡萄糖傳感器的制備：

基底：

具體的現實人體實驗結果先不看了，看完比較理想的實驗結果，先看看他到底怎么搞出來的。這是他整個電極基底的制備：

簡單地說，就是

1）PET上的傳感器陣列使用正光刻膠進行光刻處理（我能理解，就是挖坑是吧）

2）然后在丙酮中通過電子束蒸發和剝離沉積30nmCr/50nmAu。文中是這樣寫，但圖上是只是涂了金

3）沉積500nm的對苯二甲苯C絕緣層。（就是整體又貼一層膜）

4）然后在300W下進行o2等離子體蝕刻450s，以完全去除對苯二甲苯。（意思就是在在剛剛的絕緣膜上挖開幾個孔）

5）接著又在丙酮中用電束蒸發形成180nm的Ag。（就是把洞填上）

6）用作工作電極的，用6-M的硝酸溶液溶解掉 1 min。用作Ag/AgCl對電極的，就將10μl 0.1M氯化鐵溶液注入1 min。

然后基底就搞完了，其實就是幾個金電極和氯化銀電極是不是，我真的有點一知半解，不過實驗室要使用石墨烯做電極，跟他們這個不一樣，這個我就放在下一章講。

葡萄糖工作電極制備：

要實現葡萄糖傳感器，必須用到剛剛制作的基底中的兩個電極，一個金的電極作為工作電極，一個氯化銀的電極作為對電極。其中的工作電極是關鍵，以下是制備方法：

1）首先將殼聚糖溶解在2%乙酸中，磁攪拌約1h，制備1%殼聚糖溶液。

2）然后將殼聚糖溶液與單壁碳納米管(2mgml?1)超聲攪拌混合，制備殼聚糖和碳納米管的粘性溶液。

3）將殼聚糖/碳納米管溶液與葡萄糖氧化酶溶液(10mgml?1inPBS，pH7.2)以2：1的比例（體積按體積計算）徹底混合。

4）在金電極上沉積一層普魯士藍介質層（這是為了保持電位），同時要夠薄。

5）最后，將葡萄糖氧化酶/殼聚糖/碳納米管溶液滴鑄3μl到普魯士藍/金電極上，就完成了葡萄糖工作電極的制備（我真是一頭霧水，這些鬼東西是怎么試出來的）

電流檢測部分：

*作為軟件方向的學生，對于集成電路那是，一知半解。只能硬著頭皮學，部分東西十分基礎，甚至有錯誤。

文獻中講的不是很清楚，我先復述一遍文獻中的說法：

1）葡萄糖和乳酸傳感器是基于安培法的，也就是說最初產生的信號是以電流的形式出現的。因此，在各自的信號調節路徑中，首先使用跨阻抗放大器將信號電流轉換為電壓。

2）電流測量中，電流的方向是從共享的Ag/AgCl參考/對電極到每個葡萄糖和乳酸傳感器的工作電極，這將導致一個負的跨阻抗輸出電壓。因此，對于葡萄糖和乳酸路徑，跨阻抗放大器之后是變換器階段，使各自的電壓信號為正，因為模擬-數字轉換器階段只取正的輸入值。(這段后邊我有疑問)

3）選擇每個過阻抗部分中的反饋電阻(葡萄糖路徑1MΩ，乳酸路徑0.5MΩ)，這樣轉換后的電壓信號可以很好地分辨，同時保持在微控制器模擬數字轉換級的輸入電壓范圍內。電流傳感信號路徑能夠測量到低至1nA的電流電平，這遠遠低于我們測量的最小信號（幾十個納安培）。

4）接著，所有的模擬信號調節路徑都有一個相應的單位增益四極低通濾波器，每個濾波器的?頻率為3-dB，頻率為1Hz，用來減小我們測量中的噪聲和干擾。

5）最后傳給單片機，再傳給電腦。

其實所有的操作都是靠下面的電路原理圖實現的，只要搞懂這個原理圖就好。我們先看葡萄糖的吧，下圖就是他們給出來的葡萄糖傳感器的原理圖，我是完全不懂的，只能一起來看一下：

?我看到了它們都使用了一個小三角東西叫LT1462, 他們所有的操作都是通過這個芯片完成的。我上網查一下，下載了它的硬件手冊。

?

?

通過這硬件手冊里和文獻里的圖編號我就能確定， 一個LT1462里面有兩個這樣的小三角，并且用不同的接入方法，可以用于不同的功能。

以我粗淺的理解，這種小三角叫做運算放大器吧，基礎的功能應該就是放大信號的，比如讀取nA級別的電流。我就先去B站學習一下正常運放的功能。

很神奇的元器件，可以把信號放大1萬倍，放大器的簡單介紹_嗶哩嗶哩_bilibili

自己動手DIY音頻功放系列之（5）——運放同相反相比例運算和T型網絡_嗶哩嗶哩_bilibili

我大概了解了一下，再來看上面那個圖：

?這里面文獻它說的是一個是電流轉電壓的跨阻抗放大器，一個是變換器。兩個接入方法幾乎是一樣的，只是變換器在輸入端接上了一個1M歐的電阻。

我知道這種接法叫做反相放大器，意思放大出來的電壓跟原來輸進去的電壓是相反的，正的變成負的，所以他它這樣接就是倒轉了兩次把它倒轉回來了。

下圖是典型的反向放大器接法，跟上面一樣，沒有畫出來的2和5接口是接電源的沒關系：

?公式為：Vout=-Vin*Rf/Rin

所以它放大的比值就是它那兩個電阻的比值，上圖也就是說放大了10倍。

知道這個關系后，我們再看文獻中那個圖a，我們就可以知道第一個的連接方法是讓想它信號放大，但是它輸入端沒有串聯電阻，所以這個放大倍率是放到最大？反正肯定放大了沒有錯哈哈。然后邊一個的被稱為變換器的，它就兩個電阻都規規矩矩接上了，而且阻值相同，所以只是起了反相的作用。最后出來的就是正的電壓信號了。

至于為什么沒有用同相放大器的方法，可能的原因在第二個b站鏈接，正相和反相的優缺點有提到。

上圖就是文獻中整體的結果圖，單看Glu葡萄糖，就知道這個電路把nA級別的電流信號放大成mV級別的電壓信號了，還可以。（這些圖看上去假假的）

接下來我們繼續看回還沒完的原理圖：

?這個也是用了LT1462做的，目的應該就是為了處理一下噪聲。這種低通濾波器目前我只知道功能，具體的原理還沒有看，硬件手冊里提供了一種連接的方式，不過頻率不同：

?

濾波器的內容我會在接下來時間繼續研究，先不急。

再后來就是給單片機進行模數轉換。

文獻里使用的單片機是ATmega328P，也就是Arduino那個最經典，所以我買了個開發板回來玩玩，這些就是后續的學習了。

本章總結：

起碼簡單搞懂了文獻中葡萄糖檢測的基本邏輯和制備方法，在下一章，我將會根據實驗室的具體條件，制備電極，先用電化學工作站看看結果，看看與文獻的差距在哪里。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【学习笔记】从零开始造一个汗液检测穿戴设备——01.葡萄糖电化学检测的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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