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CN104160277B - 用于测量血糖水平的单元、包含该单元的系统以及用于测量血糖水平的方法 - Google Patents

用于测量血糖水平的单元、包含该单元的系统以及用于测量血糖水平的方法 Download PDF

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CN104160277B CN201280071158.7A CN201280071158A CN104160277B CN 104160277 B CN104160277 B CN 104160277B CN 201280071158 A CN201280071158 A CN 201280071158A CN 104160277 B CN104160277 B CN 104160277B
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Abstract

本发明公开了血糖测量单元、包含该单元的血糖测量系统、以及血糖测量方法。根据本发明的一个方面，提供了血糖测量单元，所述血糖测量单元包含：透明的第一基板，所述第一基板包含血液向其中流入的血液流入区域、以及连接至血液流入区域的反应区域，所述血液流入区域和反应区域在第一基板的一个表面上形成；与第一基板结合的透明的第二基板，所述第二基板包含血液孔，血液穿过所述血液孔流入至血液流入区域；以及反应试剂，所述试剂分布在反应区域，从而与流入至血液流入区域的血液中的血糖发生反应。

Description

用于测量血糖水平的单元、包含该单元的系统以及用于测量 血糖水平的方法
技术领域
总体而言，本发明涉及用于测量血糖水平的单元、含有该单元的系统、以及用于测量血糖水平的方法。
背景技术
近年来，随着患有糖尿病(代表性的成人疾病)的患者数量增多，对测量糖尿病患者血糖水平的技术的需求增高。
然而，用于测量血液中的葡萄糖水平的常规设备采用生物酶法，每两到三天就需要进行一次酶传感器的例行更换。此外，常规葡萄糖水平测量设备的结构过于复杂，而不能经济且容易地制造，并且由于所述设备具有大的体积，因此，所述设备不能容易地运输。
因此，迫切需要开发测量血糖水平的如下技术，所述技术在现实使用环境中具有改进的用户便利性，并仍能提供关于用户血糖水平的准确且可靠的实时数据。
发明内容
技术问题
因此，本发明是在紧记现有技术中存在的上述问题的情况下做出的，并且本发明的目的是提供用于测量血糖水平的单元(具有能够测量实时血糖水平的简单特征)、用于测量血糖水平的方法、以及包含所述单元的系统。
技术方案
为实现上述目的，本发明提供了血糖测量单元，所述血糖测量单元包含：透明的第一基板，所述第一基板包含血液向其中流入的血液流入区域、以及连接至血液流入区域的反应区域，所述血液流入区域和反应区域在所述第一基板的一个表面上形成；与第一基板结合的透明的第二基板，所述第二基板包含血液孔，血液穿过所述血液孔流入至血液流入区域；以及试剂，所述试剂分布在反应区域，从而与流入至血液流入区域的血液中的葡萄糖发生反应。
试剂可包含葡萄糖氧化酶和选自于由如下物质所组成的组中的至少一种：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)、3,3',5,5'-四甲基联苯胺和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O(Auramine O-anhydrous)。
此外，在试剂中，葡萄糖氧化酶与选自于由如下物质所组成的组中的至少一种之间的重量比可为0.01至40、优选0.05至5、更优选0.1至2：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)、3,3',5,5'-四甲基联苯胺和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O。
另外，试剂可进一步包含过氧化物酶。过氧化物酶相对于葡萄糖氧化酶的重量比可为0.01至10、优选0.05至5、更优选0.1至1。
血糖测量单元可进一步包含透明的第三基板，所述第三基板插入至第一基板和第二基板之间，并且在第三基板上形成血液孔，血液穿过所述血液孔流入至血液流入区域。
血糖测量单元可进一步包含过滤器，所述过滤器位于第一基板和第二基板之间，以便从穿过第二基板的血液孔的血液中分离出蛋白质和血细胞。
过滤器可包含选自于由硝化纤维素、聚砜和非织造纤维所组成的组中的至少一种。
可在第一基板的一个表面上形成环绕血液流入区域的凸起，并可在凸起上形成开口，从而使血液流入区域中的血液可移动至反应区域。
可在第二基板对应于反应区域端部的位置形成孔。
第一基板和第二基板可分别包含选自于由如下物质所组成的组中的至少一种：聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)和玻璃。
聚酯可为选自于由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)所组成的组中的至少一种。
根据本发明的另一方面，本发明提供了血糖测量系统，所述血糖测量系统包含上述血糖测量单元；以及CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器用于对穿过血糖测量单元的光子数目进行计数。
可将CMOS图像传感器安装在选自于由智能电话和照相机所组成的组中的至少一种之上。
特别是，选自于由智能电话和照相机所组成的组中的至少一种具有内置应用程序，所述内置应用程序能够定量示出由CMOS图像传感器计出的光子数目。
根据本发明的又一方面，提供了血糖测量方法，所述血糖测量方法包括：预先使用CMOS图像传感器对穿过血糖测量单元的光子数目进行计数；将血样注射入血糖测量单元中；使注射入血糖测量单元中的血样与血糖测量单元中包含的试剂进行反应；以及使用CMOS图像传感器对穿过血糖测量单元的光子数目进行再次计数。
有益效果
根据本发明的实施方式，可使用易于携带的血糖测量单元和CMOS图像传感器，方便且有效地对血糖进行实时测量。
特别是，通过将CMOS图像传感器安装于智能电话等上面，可使葡萄糖测量单元的便携性最大化。
附图说明
图1是示出本发明实施方式所述的血糖测量系统的示意图。
图2是本发明实施方式所述的血糖测量系统中包含的血糖测量单元的分解透视图。
图3是示出本发明实施方式所述的用于测量血糖水平的方法的示意图。
具体实施方式
尽管结合其示例性实施方式对本发明进行了描述，但应当理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制为示例性的实施方式。与此相反，本发明不仅旨在涵盖示例性的实施方式，而且还涵盖了可包含在由所附的权利要求书所限定的本发明精神和范围内的各种替代、修改、等同以及其它实施方式。然而，在本发明的以下描述中，如果构成本发明的相关的已知功能或具体说明不必要地遮掩了本发明的要点，将省略其详细描述。
将能理解的是，尽管本文中可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件区分于另一个元件。
本文中使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的，而非旨在进行限制。除非上下文中另有明确指示，本文中使用的单数形式“一(a、an、the)”旨在包含复数形式。进一步能理解的是，在本申请文件中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等说明存在所述特征、整体、步骤、操作、成分、部件和/或它们的组合，但并不排除存在或加入一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、成分、部件和/或它们的组合。
下文中，将参考附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。在整个附图中，相同的标记将涉及相同或相似的部件，并将省略对其进行的任何重复说明。
图1是示出本发明实施方式所述的血糖测量系统的示意图，图2是本发明实施方式所述的血糖测量系统中包含的血糖测量单元的分解透视图。
首先，参考图1，本发明所述的血糖测量系统1可包含血糖测量单元100和CMOS图像传感器5。根据本发明的实施方式，通过使用CMOS图像传感器5、特别是安装在智能电话或照相机上的CMOS图像传感器5测量相对于血糖测量单元100的透光率水平，可有效且迅速地获得血糖水平。
参考图2，本发明实施方式所述的血糖测量单元100可包含第一基板110、第二基板120和试剂130。
第一基板110具有透光性。第一基板110可包含选自于由以下物质所组成的组中的至少一种：聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)和玻璃，但并不限于此。
例如，当使用聚酯制造第一基板110时，所述第一基板110可具有薄膜形状，例如高架投影仪(OHP)膜。由此制造的血糖测量单元100将具有改进的柔韧性，因此便于运输。
在第一基板110的一个表面上形成血液流入区域111。待测量的血样将流入至第一基板110上的血液流入区域111中。特别是，在第一基板110的一个表面上可形成环绕血液流入区域111的凸起113。这样可防止已进入血液流入区域111中的血液流出，从而使得能够对血糖水平进行有效测量。
当在第一基板110的一个表面上形成凸起113时，可在凸起113上形成开口115，从而使血液流入区域111中的血液能够移动至下述的反应区域112。
在第一基板110的一个表面上形成连接至血液流入区域111的反应区域112。如图2中所示，反应区域112可在背离血液流入区域111的方向上延伸形成，并连接至血液流入区域111，但并不限于此。下述的试剂130分布在反应区域112上。
第二基板120连接至第一基板110。第一基板110和第二基板120可通过粘合剂相互连接。在这方面，图2示出了在第一基板110和第二基板120之间形成的两个粘合剂层150和160，然而，事实上提供图2是为了解释本发明的实施方式，其中，在所述粘合剂层150和160之间进一步包含了第三基板140。因此，当不含第三基板140时，可在第一基板110和第二基板120之间施用单一粘合剂层。
第二基板120具有透光性。第二基板120可包含：聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)或玻璃，但并不限于此。
例如，当使用聚酯制造第二基板120时，第二基板120可具有薄膜形状，例如高架投影仪(OHP)膜。由此制造的血糖测量单元100将具有改进的柔韧性，因此便于运输。
在第二基板120上形成血液孔121。待测量的血样将穿过在第二基板120上形成的血液孔121，流入至第一基板110上的血液流入区域111。特别是，可在对应于血液流入区域111的位置形成血液孔121。
试剂130分布在第一基板110的反应区域112上。试剂130与血液中的葡萄糖发生反应。已进入血液流入区域111的血液可被运送(例如通过重力)至反应区域112中，并且已运送至反应区域112的血液将与试剂130反应。
试剂130可包含葡萄糖氧化酶和选自如下物质中的至少一种：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)、3,3',5,5'-四甲基联苯胺和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O。作为试剂130的邻联茴香胺、葡萄糖氧化酶和血糖之间进行的反应如下述化学反应1和2所示。
根据上述化学反应1和2，血液中的葡萄糖通过与葡萄糖氧化酶反应，形成过氧化氢(H2O2)，而邻联茴香胺通过与过氧化氢反应，从无色变为褐色。
另外，在试剂130中，葡萄糖氧化酶与选自如下物质中的至少一种之间的重量比可为0.01至40、优选0.05至5、更优选0.1至2：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)、3,3',5,5'-四甲基联苯胺和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O。在本文中，当该重量比低于0.01时，血糖氧化的速率下降；而当该重量比超过40时，葡萄糖氧化速率的增高可忽略不计。
另外，试剂可进一步包含过氧化物酶。过氧化物酶相对于葡萄糖氧化酶的重量比可为0.01至10、优选0.05至5、更优选0.1至1。在本文中，当该重量比低于0.01时，邻联茴香胺的氧化速率将下降，而当该重量比超过10时，邻联茴香胺氧化速率的增高可忽略不计。
试剂130可通过如下方式形成，例如，使用移液管将其滴入反应区域112，然后进行干燥，但并不限于此。
试剂130可进一步包含过氧化物酶。因此，过氧化物酶可与试剂130一起分布在反应区域112上。过氧化物酶作为催化剂，从而加速化学反应2。
除血液孔121之外，在第二基板120上形成另外的孔122。可在对应于反应区域112端部的位置形成孔122。当进入血液流入区域111中的血液体积过量时，部分血液可穿过反应区域112，并通过在第二基板120上形成的孔122释放出来。
在本发明的实施方式中，血糖测量单元100可进一步包含待插入至第一基板110和第二基板120之间的第三基板140。
第三基板140具有透光性。透明的第三基板140可包含选自于由如下物质所组成的组中的至少一种：聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)和玻璃，但并不限于此。
例如，当使用聚酯制造第三基板140时，所述第三基板140可具有薄膜形状，例如高架投影仪(OHP)膜。由此制造的血糖测量单元100将具有改进的柔韧性，因此便于运输。
可在第三基板140上形成血液孔141，血液穿过血液孔141流入至血液流入区域111。可在对应于血液流入区域111的位置形成血液孔141。能够以小于第二基板120上的血液孔121的尺寸在第三基板140上形成血液孔141。在这种情况下，由血液孔121和141形成的血液通道可具有漏斗形状，使血液能够有效运送至血液流入区域111。
除血液孔141之外，可在第三基板140上形成另外的孔142。孔142可在对应于第二基板120的孔122的位置形成。
两个不同的粘合剂层150和160可分别插入至第一基板110和第三基板140之间、以及第二基板120和第三基板140之间。可分别使用粘合剂膜或粘合剂形成粘合剂层150和160。
参考图2，可在插入至第一基板110和第三基板140之间的粘合剂层150上形成孔151，从而防止干扰反应区域112和血液流入区域111。此外，在粘合剂层160上对应于血液孔121和141、以及122和142(分别在第二基板120和第三基板140上形成)的位置形成两个孔161和162，所述粘合剂层160插入至第二基板120和第三基板140之间。
在本发明的实施方式中，血糖测量单元100可进一步包含设置在第一基板110和第二基板120之间的过滤器170。过滤器170过滤出穿过第二基板120的血液孔121的血液中包含的蛋白质和血细胞。由于人与人之间的血细胞量不同，在从血液中除去蛋白质和血细胞后，可有效测量血糖水平。这是因为，在本发明中是通过测量相对于血糖测量单元100的透光程度来对血糖水平进行测量。在下文中，将详细地描述本发明实施方式所述的使用血糖测量单元100测量血糖水平的方法。
过滤器170可包含硝化纤维素、聚砜和非织造纤维，但并不限于此。可将过滤器170制成薄膜形状，并可将其设置为遮盖第二基板120的血液孔121。
参考图1，本发明实施方式所述的血糖测量系统1可包含CMOS图像传感器5。CMOS图像传感器(CIS)5是检测光信号并将其转换成数字电信号的传感器。CMOS图像传感器5易于操作，能够以各种扫描方法实施，并且集成在单一的芯片上，从而使其产品能够小型化。此外，由于CMOS加工技术的兼容使用，CMOS图像传感器5可降低制造成本，并且，CMOS图像传感器5的低功耗使得其能够很容易地适用于电池容量有限的产品。
CMOS图像传感器5的工作原理如下。在传感器中存在光电二极管，根据光电效应，光电二极管吸收光并转换成不同的信号。当光子以电荷的形式累积并由电子进行转换时，光子的量对应于在到达CMOS图像传感器之后检测到的光子数目。所累积的电荷以模拟电压的形式放大，然后转换成数字式数目。显示在数字式输出上的数目对应于在图像传感器中检测到的光子数目。因此，存在于传感器表面上的任何杂质将阻止光子通过，由此减少数字式输出的程度。
根据本发明的实施方式，可将可见光用作光源，但并不限于此。
CMOS图像传感器5可安装在智能电话(未示出)或照相机(未示出)上。由于最近智能电话普及率的迅速增长，可使用安装在智能电话中的CMOS图像传感器5迅速且有效地对个人的血糖水平进行测量。在本文中，可将能够定量示出光子数目的应用程序安装在在已配置有CMOS图像传感器5的智能电话中。上述应用程序可容易地安装在具有内置CMOS图像传感器的照相机中。
图3是示出本发明实施方式所述的用于测量血糖水平的方法的示意图。在图3中，箭头表示光的方向。下面将参考图3，对本发明实施方式所述的血糖测量方法进行说明。然而，本发明实施方式所述的血糖测量方法将被解释为通过上述的血糖测量系统1来实施，但并不限于此。
预先使用CMOS图像传感器5对穿过血糖测量单元100的光子数目进行测量，并将由此测量的光子数目作为标准值。
当将给定的血样注射入血糖测量单元100中后，血液将与包含在血糖测量单元100中的试剂反应。在本文中，血糖和试剂之间涉及的化学反应与上文示出的化学反应1和2相同。当血糖与试剂反应时，反应区域变为褐色，并且随着血糖量的升高而颜色变得更深。
然后，使用CMOS图像传感器5对穿过血糖测量单元100的光子数目进行再次测量。在本文中，血糖测量单元100的反应区域变为褐色并阻碍光的穿过，因此，由CMOS图像传感器5检测到的光子数目小于光子的标准数目。
接下来，可通过对光子的标准数目和反应后测得的光子数目进行比较，来计算血糖水平。
实施例
下面，将对本发明中进行的实验的结果进行示意性说明。
在实验中，所述试剂包含邻联茴香胺和葡萄糖氧化酶/过氧化物酶，其中，邻联茴香胺和葡萄糖氧化酶/过氧化物酶在其中以2:1的重量比混合，并且葡萄糖氧化酶和过氧化物酶在其中以5:1的重量比混合。
将一定量的血糖滴加在血糖测量单元上，从而在室温下与试剂反应3分钟。然后，使用CMOS图像传感器测量穿过血糖测量单元的光子数目。
基于由CMOS图像传感器释放出的电流值，测量透光率。将在其上放置有试剂的芯片的透光率的最大电流值设置为170。然后，向其中注入不同浓度的血糖样品，并测量最大值。相应地，血糖浓度越高，反应区域的颜色越深，由图像传感器释放出的最大电流值将降低。
在下表1中示出了根据实验中的血糖浓度而测量的透光率。
表1
葡萄糖浓度(μg/mL) 测量的透光率
500 158
1000 153
1500 148
2000 140
2500 138
3000 136
3500 135
4000 130
4500 126
5000 123
参考表1，证实了血糖浓度越高，由其测量出的透光率越低。这是因为随着血糖浓度的提高，反应区域颜色变得更深，穿过反应区域的光子数目变少，由此降低了透光率。当以该实验结果为数据基础时，在将一定量的血液滴在血糖测量单元上之后，可通过测量透光率对给定血液样品的血糖水平进行测量。
尽管出于说明的目的，对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员将会理解的是，在不背离所附的权利要求书中公开的本发明范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。
工业实用性
如上所述，本发明使用便携式血糖测量单元和CMOS图像传感器，使得能够对血糖水平进行实时有效测量。
特别是，由于可将CMOS图像传感器安装在智能电话上，可使血糖测量单元的便携性最大化。

Claims (14)

1.一种血糖测量单元，所述血糖测量单元包含：
透明的第一基板，所述第一基板包含血液向其中流入的血液流入区域、以及连接至所述血液流入区域的反应区域，所述血液流入区域和所述反应区域在所述第一基板的一个表面上形成；
与所述第一基板结合的透明的第二基板，所述第二基板包含血液孔，血液穿过所述血液孔流入至所述血液流入区域；以及
试剂，所述试剂分布在所述反应区域，从而与流入至所述血液流入区域的血液中的葡萄糖发生反应，
其中，在所述第一基板和所述第二基板之间进一步设置过滤器，以便从穿过所述第二基板的血液孔的血液中分离出蛋白质和血细胞，
并且其中，在所述第一基板和所述第二基板之间形成两个粘合剂层，其中，在所述两个粘合剂层之间进一步包含透明的第三基板，并且在所述第三基板上形成血液孔，血液穿过所述血液孔流入至所述血液流入区域，并且其中，以小于所述第二基板上的血液孔的尺寸在所述第三基板上形成血液孔，并且由所述第二基板上的血液孔和所述第三基板上的血液孔形成的血液通道具有漏斗形状。
2.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，所述试剂包含葡萄糖氧化酶和选自如下物质中的至少一种：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O。
3.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，所述试剂包含葡萄糖氧化酶和3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
4.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，在所述试剂中，葡萄糖氧化酶与选自如下物质中的至少一种之间的重量比为0.01至40：邻联茴香胺、邻甲苯胺蓝、碘化钾、四甲基联苯胺、与8-苯胺基-1-萘磺酸铵结合的间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸一钠(MBTHSB-ANS)和丁香醛连氮、二磷酸伯氨喹、噻唑黄G和无水金胺O。
5.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，在所述试剂中，葡萄糖氧化酶与3,3',5,5'-四甲基联苯胺之间的重量比为0.01至40。
6.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，所述试剂进一步包含过氧化物酶。
7.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，所述过滤器包含选自于由硝化纤维素、聚砜和非织造纤维所组成的组中的至少一种。
8.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，在所述第一基板的一个表面上形成环绕所述血液流入区域的凸起，并且在所述凸起上形成开口，从而使所述血液流入区域中的血液可移动至所述反应区域。
9.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，在所述第二基板上对应于所述反应区域端部的位置形成孔。
10.如权利要求1所述的血糖测量单元，其中，所述第一基板和所述第二基板分别包含选自于由如下物质所组成的组中的至少一种：聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)和玻璃。
11.一种血糖测量系统，所述血糖测量系统包含：
权利要求1所述的血糖测量单元；以及
CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器用于对穿过所述血糖测量单元的光子数目进行计数。
12.如权利要求11所述的血糖测量系统，其中，所述CMOS图像传感器安装在选自于由智能电话和照相机所组成的组中的至少一种之上。
13.如权利要求12所述的血糖测量系统，其中，所述的选自于由智能电话和照相机所组成的组中的至少一种具有内置应用程序，所述内置应用程序能够定量示出由所述CMOS图像传感器计出的光子数目。
14.一种血糖测量方法，所述血糖测量方法包括：
预先使用CMOS图像传感器对穿过权利要求1所述的血糖测量单元的光子数目进行计数；
将血样注射入所述血糖测量单元中；
使注射入所述血糖测量单元中的所述血样与所述血糖测量单元中包含的试剂进行反应；以及
使用所述CMOS图像传感器对穿过所述血糖测量单元的光子数目进行再次计数。
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