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跨越血糖仪的技术门槛,BOM中少不了这些元器件!

关键词:血糖仪 BOM 贸泽电子 元器件

时间:2024-05-28 10:02:01      来源:贸泽电子

全球糖尿病患者数量的不断增加,让血糖监测成为了一个刚需,也在推高血糖仪的市场需求。而作为一款健康相关的医疗器械,血糖仪与其他消费类的可穿戴产品相比,具有独特的设计需求,也提高了开发的技术门槛。

根据国际糖尿病联盟(IDF)的研究数据,截至2021年全球成年糖尿病患者约为5.37亿,预计到2045年这个数据将增加约46%,达到7.83亿!显而易见,糖尿病已经成为人类健康主要的威胁之一。

对于糖尿病患者来讲,“控糖”是无法回避的日常。不过,很多“糖友”都知道,这条“控糖”之路并不轻松。在传统医疗方式中,血糖的监测和对应的治疗都是在专业医疗机构中进行的,这无疑会耗费患者大量的费用和时间,也是现实中“控糖”难以持久、效果差强人意的重要原因之一。

血糖仪的技术发展

不过,随着人们健康意识的增强,以及现代科技的发展,这种局面正在发生改变。越来越多的医疗器械,逐渐放下专业的“身段”,转变为消费级的产品,让普通人在日常生活中就能触手可及。血糖仪就是其中之一。

家用血糖仪的出现,让普通人可以随时随地自主完成血糖监测,实时掌握自己的健康状况。尤其是随着物联网的兴起,血糖仪也变得越来越智能,可以通过无线通信将血糖监测数据传输到手机APP以及云端,接驳智慧医疗系统,基于患者的数据给出个性化的治疗建议。

值得注意的是,近年来血糖仪的产品进化又展现出了一个新趋势,即连续血糖监测(CGM)的出现和市场的兴起。

传统的指血检测 (BGM) 法,是通过刺破手指或其他身体部位采集血液,完成血糖的检测,这个方法虽然“经典”,但是也存在不少弊端,比如:有创采血过程较为痛苦,且操作不当可能导致创口感染;操作较为繁琐,血糖检测所需工具和材料(采血笔、试纸、检测仪等)较多;监测频次有限,无法监测血糖连续变化,可能存在监测盲区……为了弥补上述BGM方法的不足,人们发展出了CGM技术。

顾名思义,“连续血糖监测(CGM)”就是能够持续采集血糖数据,全时段监测血糖波动情况,让“控糖”不留盲区,相较于BGM这显然是个显著的优势。CGM的原理并不复杂,其是通过埋植于皮下组织的微电极,记录组织间液葡萄糖氧化反应产生的电信号,间接测量血糖的技术,只需一次性“微创”安装传感器探头贴片,即可长时间连续工作,既减少了患者的痛苦,使用也更为便利。

正是因为这些特性,CGM备受市场青睐。有数据显示,从2015年到2020年间,全球CGM市场规模由17亿美元快速增长至57亿美元,年均复合增长率高达28.2%,而且在不少市场(如中国),CGM血糖仪的渗透率并不高,未来的市场前景值得期待。


图1:连续血糖监测(CGM)正在兴起
(图源:Murata)

由此可见,在对抗糖尿病的持久战中,技术的进步正在令我们获得越来越大的主动权;而从另一个意义上讲,这也会加速血糖仪产品的迭代,使其成为智能医疗器械领域一个明星单品。QYResearch的研究数据显示,到2029年全球自我血糖监测和连续血糖监测市场规模将达到273亿美元,未来几年的年复合增长率将达10.2%。

跨越血糖仪的技术门槛

对于医疗电子市场的玩家来说,血糖仪的市场蛋糕确实诱人,不过想要吃到嘴,在研发时还有绕不过去的几道坎儿。

• 首先,由于血糖仪属于医疗器械,因此对产品的测量的准确性、精准度,以及可靠性和安全性,都有特殊的要求,需要符合特定的行业规范,这无疑是一个门槛。

• 其次,作为一个高频使用的医疗设备,血糖仪的便携化和可穿戴化是大势所趋,而小型化设计对于任何一个电子系统来说,都是一个不小的挑战。

• 同时,便携性更偏爱电池供电,这对血糖仪的低功耗特性也会产生更高的要求。

• 再有,医疗器械的消费化固然会做大市场蛋糕,但是普通消费者对于成本也更为敏感,因此在产品研发时也必须在成本优化上做足功课。

• 最后,随着智能化程度原来越高,血糖仪的功能也会越来越丰富——比如无线连接已经成为主流产品的标配——系统也会越来越复杂,开发者需要面对的工作量也会更大。

由上述几个因素不难看出,想要开发出一款商用血糖仪产品,绝非易事。而想要顺利迈过这些技术门槛,一个关键点就是:从产品研发的“上游”、元器件的选型和应用环节就要把好关,选用极可靠的“物料”,构筑好产品的技术基石。

当然,血糖仪市场巨大的商机,元器件制造商也已经觉察到了,因此他们也一直在跟随技术和市场的发展,进行周密的产品布局,以更好地对接开发者的需求。

在这个领域,Murata的技术准备就非常充分,其凭借着丰富的产品组合,已经围绕着血糖仪(也包括CGM产品),打造出了全方位的解决方案。


图2:Murata血糖仪解决方案
(图源:Murata)

本文中,我们将重点推荐Murata的三款面向血糖仪的产品,大家可以看到,这些产品可以很好地契合血糖仪的设计需求,让开发者轻松应对挑战。

蓝牙低功耗模块:创建智能连接

随着血糖仪智能化水平的提升,蓝牙低功耗(BLE)无线连接已经成为产品的标配,它能够将血糖仪与手机、平板电脑、PDA等智能终端连接在一起,传输患者的血糖数据,或者是完成血糖仪的调试、配置和OTA等功能。

根据上文提到的血糖仪的设计要求我们不难看出,小尺寸、低功耗、高品质的连接——这应该是血糖仪产品对于BLE模块的核心要求。Murata的MBN52832蓝牙低功耗5.0模块,就是为此类超低功耗数据通信应用而精心打造的。


图3:MBN52832 BLE 5.0模块
(图源:Murata)

MBN52832 BLE模块将Nordic公司的BLE SoC、射频前端和晶体集成到超小外形中,能够很好的满足血糖仪小型化的设计要求。

模块的核心是Nordic的nRF52832无线SoC,其符合BLE 5.0规范,可提供更高的吞吐量、更大广播容量,以及经过改进的信道共存算法 (SCA),可提供先进的无线连接特性。该无线SoC内置Arm Cortex-M4内核,集成有64KB RAM和512KB闪存以及丰富的接口,适用于各种物联网应用,可支持血糖仪功能扩展的需求。

该模块提供两种蓝牙天线配置方式:使用板载PCB天线或通过引脚焊盘连接外部天线,这为设计带来了更大的灵活性。MBN52832 BLE模块还获得了SIG认证,以及FCC、IC、ETSI等监管认证,有助于降低系统设计人员的工作量并缩短产品上市时间,使其非常适合于血糖仪等小型电池供电的医疗和保健类应用。


图4:MBN52832 BLE 5.0模块框图
(图源:Murata)

混合型晶振:赋能可靠的智能控制

在电子设备中,晶体谐振器(简称晶振)常被比喻做电子系统的“心脏”,它们为系统的正常工作提供稳定的时钟基准信号。血糖仪作为一款关乎用户健康的医疗设备,可靠而稳定的运行自然也少不了高性能晶振的支持。

考虑到血糖仪应用的特殊性,在晶振选型时,除了精准度这个硬指标,也要综合考虑产品的外形和成本等因素。

Murata的 HCR混合型晶体谐振器,就是适合于血糖仪的紧凑型、高性价比的SMD谐振器。所谓“混合型”是指HCR晶振将石英晶体元件密封在Murata陶瓷谐振器所采用的可靠封装中,两种技术的组合使得该时钟元件可以保有石英级别的精准度(在±10ppm以内),同时与标准石英晶振相比尺寸更小、成本更低,具有独特的优势。


图5:HCR SMD晶振
(图源:Murata)

由于采用了通用性高平面构造氧化铝基板结合金属帽的封装构造,HCR系列与采用空穴构造的陶瓷封装的传统晶振相比,制造和材料成本更低,并具有更稳定、更高效的产能,这对于血糖仪产品供应链的降本和优化大有裨益。


图6:HCR SMD晶振独特结构的优势
(图源:Murata)

此外,HCR晶振回流焊后的频率变化小,便于客户进行频率补偿,并支持宽温范围,这使其可以为血糖仪开发提供一个高精度、高可靠性、外形紧凑、成本合理且供货稳定的解决方案,有力地赋能血糖仪的智能控制和连接等需求。

NTC热敏电阻:提供更准确的CGM

如上文所述,目前很有市场热度的CGM血糖仪,主要通过插入皮肤下层的传感器来监测血液中的葡萄糖水平。从原理上看,温度会影响葡萄糖传感器反应速率和酶活性,从而影响测量结果,一般来讲:当温度升高时,酶活性会增加,葡萄糖反应速率会加快,导致葡萄糖传感器显示的葡萄糖水平偏低;反之,温度度降低时,传感器显示的葡萄糖水平会偏高。

因此,为了获得更准确的血糖数据,就需要通过温度传感器(通常是NTC热敏电阻)测量葡萄糖传感器周围的温度,并根据温度的变化对葡萄糖传感器的测量结果进行校正,获得更准确和更可靠的测量数据。

Murata NCU系列NTC热敏电阻,就是CGM血糖仪温度传感器的理想之选,该热敏电阻具有优异的性能(高精度和B常数),以及出色的抗老化稳定性,在任何环境中都能可靠工作。而且,NCU NTC热敏电阻还具有出众的可焊性,兼容流体焊接/回流焊接工艺,十分有利于提高产能和降低综合成本。综合来看, 对于CGM血糖仪这种高可靠性应用,Murata的NCU系列NTC可谓是不二之选。


图7:NCU NTC热敏电阻
(图源:Murata)

本文小结

全球糖尿病患者数量的不断增加,让血糖监测成为了一个刚需,也在推高血糖仪的市场需求。而作为一款健康相关的医疗器械,血糖仪与其他消费类的可穿戴产品相比,具有独特的设计需求,也提高了开发的技术门槛。

想要跨越这些技术门槛,需要将高性能、高可靠,同时具有低功耗和成本优势的元器件选入血糖仪的BOM中。本文介绍的三款产品就是其中的代表,而想要挑选到更多品类的理想的元器件产品,Murata的血糖仪整体解决方案一定可以帮到你!

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