计算机模拟优化的葡萄糖传感器阵列VIP专享VIP免费

ComputationalSimulationofanImplantableEnzyme-basedGlucoseSensorArraySHAXianzheng1DavidA.Gough21.Dept.ofbiomedicalEngineering,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110001P.R.China2.Dept.ofBioengineering,UniversityofCalifornia,SanDiego,LaJolla,California92093-0412Abstract:Inthispaper,themodelofanimplantableenzyme-basedglucosesensorarrayispresented.Animportantbiosensorapplicationisthecontinuousmonitoringbloodortissuefluidglucoseconcentrationinpeoplewithdiabetes.Ourresearchfocusesonthedevelopmentofaglucosesensorbasedonpotentio2staticoxygenelectrodesandimmobilizedglucoseoxidaseforlong-termapplicationasanimplantintis2sues.Asthesensorsignaldependsonmanydesignvariables,atrial-and-errorapproachtosensoropti2mizationcanbetime-consuming.Here,thepropertiesofanimplantableglucosesensorareoptimizedbyasystematiccomputationalsimulationapproach.Theelectrochemicalcharacteristicsofindividualglucosesensorsareexaminedandmodelsareproposedforthedistributionofoxygenandglucoseinthevicinityofindividualsensors.Keywords:mathematicalmodelofsensor;computersimulation;implantableenzyme-basedglucosesensorarray计算机模拟优化的葡萄糖传感器阵列①沙宪政1DividA.Gough21.中国医科大学生物医学工程教研室,沈阳1100012.Dept.ofBioengineering,UniversityofCalifornia,SanDiego,LaJolla,California92093-0412摘要:介绍一种可植入的葡萄糖传感器阵列的设计和计算机模拟优化。葡萄糖传感器采用固定葡萄糖氧化酶层的氧电极和氧参比电极。考虑到葡萄糖传感器的使用寿命,本设计采用氧电极阵列。用计算机对氧电极阵列的氧电极排列的间距和相互影响进行了计算机模拟优化。考虑到葡萄糖传感器在体植入环境的氧浓度较低,而葡萄糖浓度较高,所以采用特殊的膜的结构,以提高葡萄糖传感器的测量范围,并用计算机模拟优化了膜的结构尺寸。关键词:传感器阵列;传感器数学模型;计算机模拟;植入式葡萄糖传感器中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1004-1699(2003)01-0032-07葡萄糖传感器的研究对糖尿病患者及糖尿病并发症治疗中的血糖测量和监护非常重要。但到目前为止,糖尿病患者的血糖监测还仅仅局限于手指尖采血,再在体外测量的方法,由于测量次数和患者耐受力的限制,往往很难长期较好的控制患者的血糖浓度,从而产生各种并发症,只有对血糖连续测量才可以有效控制胰岛素的用量和提前预报低血糖症的发生,减少并发症的产生。2003年3月传感技术学报第1期①收稿日期:2002211212作者简介:沙宪政(1963-02)男,副教授,主要研究方向为生物传感器、医学信号检测与处理。DavidA.Gough:美国加州大学圣迭分校生物工程学教授©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.在连续血糖测量系统中葡萄糖传感器是至关重要的,也是现在尚未解决的难题,许多研究者的研究都表明通过植入式葡萄糖传感器进行在体葡萄糖连续监测是可行的。但由于在传感器的研制中,传统的方法是采用手工制造,手工制造中的影响因素较多,使得传感器的性能相差很多,相互兼容性和一致性都很差,并且由于生物传感器的寿命一般较短[1],不适合植入到皮下。采用传感器阵列以弥补单个传感器植入的缺陷。本文介绍一种葡萄糖传感器阵列的研究,使用数学理论模型解决葡萄糖传感器结构上的一些问题,可以提供一个实际传感器设计的预测,改进和优化实际传感器的性能。从而为设计制作测试性能优良的传感器提供一个理论上的参考。同样也为解释实际在体和离体传感器的实验结果提供理论基础。1葡萄糖传感器阵列的设计图1所示是一个葡萄糖传感器阵列的示意图。使用印刷电路制作技术在陶瓷基片上成批制作一致性良好的传感器。传感器采用三电极氧传感器做基础电极,其中有工作电极(铂电极)13个,参考电极(银�氯化银电极)4个,对照电极(铂电极)。在此电极的背面用导线连接到测量线路。传感器阵列剖面图如图2所示。电极阵列制作在半径约为620mm的圆盘。在此电极阵列表面上固定导电层、疏水(硅胶)胶层...