電化學傳感技術與遠程醫療監控提供更好的患者護理質量

在當今先進的技術時代，電化學傳感器的普及和重要性正在迅速增長，量化化學物質可提高醫學和環境科學、工業材料和食品加工等不同領域的安全性、效率和認知。當您將這種傳感能力與低功耗模擬前端（AFE）器件和低功耗藍牙技術相結合，并搭配物聯網技術進行遠程監控時，可以進一步提高這些解決方案的有效性。本文將為您介紹電化學傳感器的設計原理，以及結合遠程醫療監控應用的發展，還有安森美（onsemi）所推出的相關解決方案。

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電化學傳感器可促進科學理解

并提高生活質量

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聯網的電化學傳感器將可促進科學理解并提高我們的生活質量，諸如監測糖尿病患者血糖水平的可穿戴設備、用于評估環境污染物的氣體檢測器、用于改善食品安全的組胺傳感器，或是工業恒電位儀與腐蝕傳感器等解決方案，都在現代世界中發揮著至關重要的作用。

電子工程中電化學傳感器的典型設置涉及三電極系統，傳感器的核心包含三個主要部分，其中的工作電極（WE）是發生電化學反應的地方，從而產生電子流動和電流。對應電極（CE）平衡工作電極處的氧化還原反應以實現精確感應，而參比電極（RE）測量工作電極的電位，并為對應電極的電壓提供反饋。最后，工作電極產生的電流被轉換成電壓。通過額外的數字處理和無線通信，可以構建強大的連接解決方案，從而洞察我們周圍的環境，以及我們自己的身體狀況。

電化學傳感器在許多遠程患者監測應用中至關重要，例如連續血糖監測（CGM）是糖尿病管理的重要組成部分，糖尿病是一種影響全球1/11人的慢性疾病。CGM設備市場預計將從2023年到2032年以9%的復合年增長率（CAGR）增長。

在環境設置中，包括空氣污染／質量測量等應用，電化學傳感器可用于檢測包括一氧化碳、硫化氫和氮氧化物和硫氧化物在內的氣體。而在食品生產中，手持式便攜式設備和更大的自動電化學檢測解決方案，用于確保味道是否正常，以及有沒有過敏原或有害化學物質。

AFE器件與電化學傳感器的配對可實現精確測量，不僅對醫療保健和工業過程至關重要，而且還有助于我們推進科學知識。例如，可穿戴或便攜式醫療設備可以持續遠程監測血糖水平，為研究人員提供前所未有的洞察力，從而加速創新并造福全球人類。

遠程監控提供更便利的患者護理服務

隨著人口老齡化，我們越來越關注自己的健康和福利，醫療保健專業人員面臨著越來越大的診斷、監控和治療壓力。到目前為止，接受診斷或持續監測病情仍需要前往醫生辦公室、診所或醫院等醫療機構。然而，對于人們忙碌的生活來說，在時間與交通上，并不是那么方便，尤其是對于需要長期監測而言，更是一項負擔。

聯網便攜式監視器等現代技術正在迅速改變這種情況。現在無需前往醫療機構即可進行簡單、非侵入式的監測。事實上，一些高度便攜的設備可以在患者正常生活的同時記錄關鍵的醫療信息，這除了可減輕醫療機構的壓力外，這項技術的應用還降低了成本，并為那些必須依據病情來決定是否親自就診的患者，釋放了醫院的負荷量。

在許多較不發達地區，可能沒有合適的醫療機構可供就診，或者現有的醫療機構已經人滿為患。在這些地方，遠程監控可能是獲得改變人生的診斷結果的唯一可行方法。遠程監控使患者能夠在自己舒適安全的家中就醫，也減少了患者到醫院與其他人接觸造成的交叉感染風險。

此外，隨著醫療保健水平的提高，全球人民的壽命越來越長。再加上癌癥、糖尿病和慢性呼吸系統疾病等非傳染性疾病的患病率不斷上升（目前占世界十大死因中的7個），對身體遠程監控的需求增長速度比以往任何時候都要來得快。

安森美的電化學測量與無線傳輸解決方案

安森美最近宣布推出CEM102，這是一款先進的微型AFE，旨在精確測量電化學和安培電流。CEM102在與RSL15 Bluetooth 5.2認證的無線微控制器配對后，RSL15可提供業界最低功耗、安全的低功耗藍牙技術。通過此解決方案，設計人員可以開發極其精確、低功耗和緊湊的傳感應用。

與單個解決方案相比，安森美的CEM102 + RSL15解決方案提供了更高的精度、更低的噪聲和更低的功耗。它允許簡化物料清單（BoM）并提供更大的配置靈活性，最終釋放開發資源。重要的是，這種靈活性使它不僅成為可用于基于電化學傳感器的測量，而且成為需要精確測量小電流的許多類型傳感器的解決方案。

CEM102 + RSL15平臺支持1.3 - 1.65 V和2.375 - 3.6V兩種電池選擇，在18位ADC持續轉換的情況下，器件在主動測量模式下僅消耗3.5 μA，這意味著僅使用3 mAh電池即可實現市場領先的14天運行需求。憑借其緊湊的1.884 x 1.848 mm封裝和使用一到四個電極的能力，它可以幫助創建更小、更高效的可穿戴醫療保健解決方案，從而增強用戶體驗。為了簡化開發，CEM102 + RSL15產品通過尖端硬件、廣泛的開發支持，以及固件、軟件和IOS、Android演示應用程序，促進了實現多個傳感器持續感應的解決方案。

各種化學電流的精確檢測和測量為新的科學進步打開了大門。憑借其小巧的外形和業界最低功耗，它使所有終端應用進一步小型化并延長電池壽命。CEM102和RSL15平臺提供的解決方案可幫助工程師創建緊湊、有彈性且價格合理的聯網產品，例如用于醫療保健的產品，這些產品可增強血糖調節、降低糖尿病相關風險，并更好地融入我們的生活。

20多年來，安森美在開發支持和支撐遠程醫療設備的技術方面發揮了重要作用，憑借其先進的內部封裝技術和符合FDA標準的制造技術，在開發微型系統級封裝（SiP）解決方案方面處于領先地位。安森美還在開發超低功耗解決方案方面擁有豐富的經驗，像是各種用于監測和治療多種常見疾病的設備，包括助聽器、脈搏血氧儀，用于測量血氧水平、心電圖、血糖監測儀，雖然疾病的類型完全不同，但所使用的技術具有高度的相似性。這些設備的關鍵要求包括超低電平信號感應、信號處理、控制和安全連接。

這些設備的連接主要通過諸如低功耗藍牙技術之類的協議進行，該技術允許通過智能手機實現更廣泛的連接。隨著低功耗藍牙協議的進步和安森美創新器件的出現，可穿戴設備和其他小型醫療設備無需更換電池即可運行長達十年。

完整、易用的電化學傳感應用開發平臺

由安森美推出的RSL15是一款基于Arm Cortex?M33處理器的超低功耗、安全的低功耗藍牙5.2無線MCU，專為工業和醫療應用中的智能互聯設備而設計。RSL15具有內置電源管理、寬廣的電源電壓范圍、靈活的GPIO和時鐘方案，以及廣泛的外設集，為高性能和超低功耗應用提供了最大程度的設計靈活性。RSL15包含80kB RAM，并有284kB或512kB兩種閃存選擇。

安森美也推出搭配RSL15的軟件開發套件（SDK），配置全面、易于操作，包含驅動程序、程序庫、示例代碼、開發工具和移動應用程序（適用于iOS和Android的RSL Central，及適用于iOS和Android的RSL FOTA），開發環境包含安森美IDE、Keil μVision和IAR內置Work Bench。

另一方面，安森美推出的電化學傳感器AFE ― CEM102，是一種模擬前端（AFE），專門為連續血糖監測（CGM）和其他使用安培測量的應用而開發，這些應用需要感測極低的電流。憑借其小巧的外形和低功耗，它能夠進一步實現許多終端應用的小型化并延長電池壽命。CEM102設計用于與安森美RSL15一起使用，帶來多項額外的系統級優勢，例如以優化的系統功耗和電源電壓運行。這包括在1.3至3.6 V的寬電源電壓范圍內運行系統，通常使用單個1.5 V氧化銀電池或3 V紐扣電池。

此外，安森美也推出一個CEM102評估板（CEM102-EVB），它旨在評估CEM102的性能和功能，并用于開發、演示和調試此器件的軟件應用程序。除了CEM102之外，它還包括RSL15，以及用于設置和使用CEM102執行測量的示例代碼，這有助于快速啟動系統和固件開發。

CEM102-EVB是完整的2通道電化學測量解決方案，具有靈活的自我診斷、校準和生產測試（帶客制PCB），支持電極極化電壓和校準電路偏差的自我測量，擁有跨阻放大器（TIA），具有內部和外部反饋電路，以及測量精度、線性度、動態范圍設置，在存儲模式和工作模式下具有低功耗，也可測量每種模式的功耗。

結語

電化學傳感器在醫療保健、環境監測和工業安全中的應用非常廣泛，這項技術的多功能性遠遠超出了目前所利用的范圍。此外，安森美推出的這些尖端平臺對于進一步開展科學研究和發現新應用也至關重要，安森美的CEM102 + RSL15的產品組合與開發平臺，將可加快相關醫療保健產品開發商的產品開發速度，將會是開發相關產品的理想解決方案。