硬件|用树莓派 DIY 血液检测仪:准确率不输专业设备 成本不到十分之一

血液检测可以查出很多疾病,实验室中有 1/3 的病理检测就是靠验血 。但在一些不发达地区,可能没有专门的实验室和昂贵的仪器,这项工作开展起来并不容易 。现在,来自印度的两位研究人员基于树莓派 4 DIY 了一个更便宜、便携的验血工具 。

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最重要的是其检测结果完全不亚于实验室专用仪器,且半分钟就能出结果 。
相关研究成果发表在 IEEE Sensors Journal 。

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基于树莓派的血液检测机器
现在很多实验室都在利用光学检测方法来验血 。
具体来说就是当光穿过血液时,它的强度会随着物质的浓度而变化,从而通过对比光吸收率就可以量化目标分析物的浓度 。
这个基于树莓派的集成检测系统用的也是这种方法 。
它涉及一个自动流体分配器,可将控制好量的试剂添加到血样中,然后放入反应杯 。
还包括可以调节波长的单色光发射组件、用于捕获透射光的光电探测器、用于维持分析所需温度的热管理单元等 。

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图中的处理单元(Processing Unit)和显示 (Display) 部分即为树莓派发挥作用的模块 。
具体检测方法就是先让通过血液的透射光落在光电二极管上,使其产生相应的电流 。
然后将电流转换为电压,并使用放大器放大 。
再使用 ADS1115 模数转换器将放大后的模拟电压转换为数字值,通过 I2C 协议将其提供给树莓派 4 进行进一步处理 。
分析浓度时会用到关联光的衰减与光传播所通过材料性质的比尔-朗伯定律 。

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  • A:吸光度;
  • K:系数,可以是吸收系数或摩尔吸收系数;
  • l:吸收介质的厚度,一般以 cm 为单位;
  • c:吸光物质的浓度,单位可以是 g/L 或 mol/L 。
为了验证效果,研究人员分别用专业实验设备和该系统来分析血液中的葡萄糖浓度 。
结果发现,使用该系统获得的数据与标准实验室的结果几乎完全匹配 。

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▲ 第一行为标准实验室结果
更重要的是,得益于 Raspberry pi 4 优秀的处理能力,该设备可以在短短半分钟内给出结果 。

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