一种新型便携式血栓检测设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种便携式血栓检测设备的设计与制作方法，其特征在于利用硅基石墨烯材料和先进微纳加工技术，利用凝血过程中，正常血液和血栓患者血液的相变转化点的不同，实现血栓疾病的早期检测和诊断。该便携式检测器件宽约3-5厘米，长约8-11厘米，所有电源器件、信号处理器件和体外血液检测芯片全部集成于其中。该便携式器件为可抛弃型一次性使用医疗诊断器件。使用时，仅需患者或医护人员对于患者进行指尖采血2-5微升，将血液至于检测芯片中间，开启电源，在凝血过程完成2-3分钟内，处理电路将语音及数字显示提示检测结果。
【专利说明】一种新型便携式血栓检测设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型先进便携式血栓检测系统及制作方法，具体地说，是利用半导体微纳加工工艺结合半导体和石墨烯材料实现便携式血栓传感的微型集成芯片制作。通过金属引线，将检测芯片与电源及信号采集与处理芯片相连接，实现凝血过程中，血液相变转化的监测，从而给出被检测血液患有血栓疾病的诊断参考依据。本发明属于医疗器械领域。
【背景技术】
[0002]血栓是在血管中形成的血块，于循环系统中会妨碍或阻断血流。当血管受损，血液中的血小板和纤维蛋白会聚集而形成血块修补之，以避免失血或因血流冲击造成血管进一步伤害。但若血块脱落，就很可能成为血栓。老年人血管老化，血管壁受损，易患高血压、动脉硬化、糖尿病。血管内皮细胞受损后，产生的凝血激酶增多，促进凝血酶形成，凝血黄素A2也增多，同时制造抗凝物质前列环素减少，易诱发血栓形成。如血糖增高时，糖与红血球中的血红蛋白结合，使全身组织缺氧，这时血小板凝集性增强，粘度增大，容易促进血栓形成。如果血栓发生在心脏部位，那么临床表现即为心血栓或心肌梗塞；如果血栓发生在脑部血管，那么临床表现即为脑血栓或脑中风。
[0003]血栓的形成，一般有内皮，凝血因子，血小板，纤维蛋白原参与，这些可以形成血栓。机体有很强的平衡能力，不让血栓继续增加，立即形成纤维溶解系统，来溶解血栓，达到动态平衡，机体时时刻刻都是这样，所为形成血栓，就是平衡破坏了，血脂只是造成血液粘稠，血流缓慢的一个环节，当然内皮功能，高凝状态也是原因。越粘稠，血流越慢，越容易血栓。
[0004]血栓比较复杂，牵涉好多环节，医院就医的患者一般都是得病的，或者高危患者，治疗比较简单，就是抗血栓，有很多药物。关键是，你所测定的血栓高危患者，在体内变数很多，就是到医院也不能肯定是哪个环节出了问题，除非像心肌梗死或者脑血栓这些比较肯定是血小板出了问题，或者下肢静脉血栓，凝血功能出了问题。
[0005]一般来说血栓形成主要由三个因素:1血流缓慢，2高凝状态3内皮损伤。
[0006]血栓检测与预警一直是全球医学领域研究的热点问题。随着我国老龄化比重的增力口，血栓及中风的患病率也大幅提高。根据权威机构历时三年对脑中风疾病的跟踪调查。我国现有脑中风患者300万，每年死亡高达100万。发病率居世界第二位，仅次于俄罗斯。中国新闻网2012年7月19日电，中国每年新发脑中风患者约200万人，并以每年近9%的速度上升。据世界卫生组织2011年数据:全球每6个人中就有I人可能罹患中风，每6秒就有I人死于中风，在我国千万中风患者家庭正面临“一人中风”全家瘫痪的危机，中风患者已成为中国第一大“不幸福群体”。如何有效防治中风带来的危害成为摆在全社会面前的待解课题，有待社会共同关注与救援。
[0007]现有的血栓检测设备主要分为以下几类:
[0008]1、机械传动式血栓检测系统:该系统包括机械传动系统、控温系统、微电脑程序控制系统、转环工作室及薄膜面板显示系统五大部分组成。其检测原理为仪器内控制的温度为37度,和人体温是一样仪器转动的速度,和人体血液循环的速度是一样的。通过仪器的离心技术，把体内一毫升血里携带的血栓因子聚集在一起，看所形成血栓的长度，血栓的干重和湿重，从而判断出疾病的轻重。该方法因为需要机械传动系统，所以价格昂贵，维护费用贵，设备故障率高。
[0009]2、血栓定位传感器:借助先进的传感器网技术开发出一种由激光二极管与螺旋状高分子聚合物制成的柔性记忆器械，将其插入颈动脉后利用CT精确定位即可取出栓子。设备由微型传感器单元和智能手机组成。微型传感器可以实时记录下患者的生理信号包括心电图、温度、血糖、血压等，而情景传感器则包含了测运动的加速度计，测环境的温度、噪声传感器，测心理的皮肤传导计等。最终，这些综合数据都可以通过智能手机传递给患者本人、患者家属以及相关医生。该检测传感器仅处于概念阶段，而且需要在颈动脉植入，操作费用和风险都相对很大。
[0010]3、血栓弹力检测仪的数据采集装置(CN 203203993 U):包括依次连接的传感器测量输出模块、模拟/数字转换电路、单片机和串口通讯电路，单片机上还连接有晶振电路，模拟/数字转换电路、单片机和串口通讯电路还分别与电源电路连接。采用单片机对模拟/数字转换器进行高速、实时的采集与控制，设计合理，结构简单，能够远距离、实时采集转换与发送检测数据，同时对环境的适应性强，性能稳定可靠成本较低、通用性强，安全性高。虽然本方法为最先进的检测方法，但是设备成本昂贵，单次检测患者成本超过1500元人民币。而且设备昂贵，维护成本高，所以该设备仅适合于医院临床确诊使用，而不适用于便携式家庭及救护车、医院初步临床筛选诊断。
[0011]4、基于超声波换能器的血栓检测设备(CN 1878504 A，JP-A-2001-327495):该超声波换能器血栓检测设备主要包括:换能器，附着于受检对象的监控部分，并且发射和接收超声波；发射机和接收机单元，向换能器发射并施加驱动脉冲，并接收从换能器输出的回波信号；以及使用超声波的检测器，处理发射机和接收机单元(11)的输出信号，并检测通过血管的血栓；和/或光源，产生活体检查光；探头，附着于受检对象的监控部分，并且从光源向受检对象照射活体检查光；光接收单元，接收从探头照射且通过受检对象的活体检查光，并根据接收到的活体检查光的强度，输出电信号；以及使用活体光的检测器，处理光接收单元的输出信号，并检测通过血管的血栓。该设备体积庞大，同时成本昂贵，需要超声换能器和光学检测相结合使用。
[0012]以上几种现有设备，均不能实现小型化，便携式的血栓检测。本发明所涉及的新型便携式血栓检测设备，基于先进的半导体与石墨烯材料，通过先进的微纳加工技术，实现血栓检测芯片的圆片级低成本制作，结合小型化纽扣型电池和高度集成的信号采集与处理芯片，形成了一套便携式快捷血栓检测系统。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种新型便携式检测设备的制作方法。
[0014]结构上，本发明提供的先进便携式血栓检测设备包括电源部件，血栓检测芯片和信号采集和处理电路。该便携式血栓检测系统整体结构如图1所示，其血栓检测芯片制作工艺流程如图2所示:
[0015]1、采用高阻硅片，或者其它高电阻率衬底，首先进行微纳加工的标准清洗；
[0016]2、将经过高温生长的或者等离子体淀积生长的石墨烯薄膜转移到高阻硅衬底上；
[0017]3、进行涂胶，采用设计的微电阻掩模板，通过紫外曝光并显影实现光刻胶的图形化；
[0018]4、通过氧气等离子体化学刻蚀或者氩气等离子体物理刻蚀，实现将光刻胶的图形转移到石墨烯薄膜上，形成石墨烯微电阻；
[0019]5、采用丙酮湿法或者等离子体干法等方法去除光刻胶；
[0020]6、通过磁控溅射或电子束蒸发等方法，实现金属薄膜淀积；
[0021]7、再次涂光刻胶，并利用金属互联引线的光刻板进行紫外光刻并显影，实现光刻胶的图形化；
[0022]8、通过金属的干法刻蚀或者湿法腐蚀，实现金属互联引线的图形化；
[0023]9、采用丙酮湿法或者等离子体干法等方法去除光刻胶，完成血栓检测芯片的圆片级制作。
[0024]综上所述，本发明提供了一种新型便携式血栓检测微系统，基于纽扣级[D1]电源的供电，血栓检测芯片对于血凝过程中液相和固相转变过程的检测，通过数据采集和处理芯片的数据采集、处理和定量图形化输出。血栓检测芯片的工作原理为血凝过程中液相和固相转变过程引起石墨烯薄膜微电阻电阻值改变，通过惠斯通电桥检测电路实现石墨烯微电阻电阻值变化，进而给出被检测血液存在潜在血栓风险的定量图形化检测结果输出。
[0025]本发明采用了石墨烯先进材料，通过微加工技术制成微电阻元件，作为血栓检测的敏感元件。并结合惠斯通电桥数据采集和处理芯片，实现检测结果的输出。通过血液模拟实验，该器件准确率达到99.9%，可以定量的给出被检测血液所存在的血栓疾病风险，对于血栓疾病的早期发现和早期治疗有着突破性的贡献，可以大大减少血栓和中风患者及其家人所承受的巨大痛苦。
[0026]本发明所涉及的便携式血栓检测设备的应用领域主要包括:
[0027]1、医院临床早期诊断血栓应用；
[0028]2、家用及医用救护车等便携式血栓诊断应用；
[0029]3、战时野外急救，地震等重大灾害以外急救等，针对于伤患血液情况紧急检测的应用。
[0030]鉴于本发明优越的器件性能和广泛的应用领域，说明本方法是一种有效的便携式血栓检测芯片及设备制作方法，可以实现批量生产，具有广泛的应用前景、深远的社会效益和可观的经济效益。
[0031 ] 与现有的方法比较，本发明提供的制作方法制作的便携式血栓检测设备具有以下特点:
[0032]1、采用先进石墨烯材料，并利用其电阻本征特性实现对于血栓的敏感；
[0033]2、才有先进微纳加工工艺，实现检测芯片的小型化；
[0034]3、基于惠斯通电桥检测电路，实现检测信号的精确检测和输出；
[0035]4、通过圆片级传感芯片的制作，可以大大降低传感芯片的制作成本，提高器件的一致性和成品率；
[0036]5、施加反馈补偿信号，通过惠斯通电桥检测电路可以进一步实现更高的器件测试分辨率；
[0037]6、与现有器件相比，本器件具有体积小，功耗低、结构简单、检测精度高、使用操作便捷等显著优势；
[0038]7、采用先进微纳加工技术制作，有利于器件的批量化生产，降低器件成本；
[0039]9、该器件可以广泛应用于医院血液检测、家庭血液健康监测及特种情况下野外急救等各个领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1:便携式血栓检测系统结构示意图，图中:1为血栓检测芯片，2为信号采集与处理芯片，3为电源(钮扣电池等);
[0041]图2:血栓检测芯片制作工艺流程，a高阻硅片衬底清洗，b石墨烯薄膜转移到高阻硅衬底，c涂光刻胶并光刻显影，d石墨烯薄膜刻蚀图形化，e去除光刻胶，f金属薄膜淀积，g涂光刻胶并光刻显影，h金属腐蚀图形化,I去除光刻胶,4为高阻娃片,5为石墨烯,6为光刻胶，7为金属层(可以为金，钼，钛，钨，铬，银，铝等其中的一种或几种的组合)；
[0042]图3:为石墨烯微电阻的扫描电子显微镜照片；
[0043]图4:为本便携式血栓检测设备的定量级图形化输出。
【权利要求】
1.一种新型便携式血栓检测设备，其特征在于所述的血栓检测设备是由电源、血栓检测芯片和信号采集与处理芯片构成。
2.按权利要求1所述的血栓检测芯片，是通过测试和对比正常血液与被测血液的凝血表现，表现出血液从液态到固态的相变差异，从而给出被检测血液所患血栓疾病的风险。
3.按权利要求1所述的血栓检测芯片，其制作是采用先进微纳加工工艺制作，所用工艺包括衬底材料清洗、薄膜材料生长淀积、材料图形化、金属引线制作等。
4.按权利要求1所述的信号采集与处理芯片，其制作是采用标准的集成电路制作工艺制作，具有电学信号采集、计时器计时、信号语音和显示输出等功能。
5.按权利要求1所述的电源，为标准商用纽扣电池，通过器件整体开关实现电源与信号采集与处理芯片和血栓检测芯片的开启和关闭控制。
6.制备如权利要求2、3所述的血栓检测芯片，结合石墨烯材料在不同黏附状态下的电阻性能的差别，包括:①硅基石墨烯微电阻的制作，②微电阻引线的制作， 其具体步骤为: (1)购买高电阻率硅基衬底，衬底还可为具有高电阻率的其他材料，包括石英、玻璃、高电阻率化合物半导体衬底、高电阻率聚合物衬底或薄膜等等； (2)购买基于金属或者其他材料的石墨烯薄膜材料； (3)将石墨烯薄膜材料转移到高电阻率衬底； (4)通过旋涂或者喷涂将光刻胶均匀的涂于高阻硅衬底上的石墨烯薄膜，并显影光刻，实现光刻胶的图形化； (5)通过氧气或者氩气及其他等离子气体的化学/物理等离子刻蚀，实现在光刻胶掩模小的石墨烯薄膜的图形化，实现石墨烯先进微电阻的制作； (6)通过溅射或者电子束蒸发等工艺，实现石墨烯微电阻上金属层的制作； (7)再次通过旋涂或者喷涂将光刻胶均匀的涂于淀积的金属层上，并显影光刻，实现光刻胶的图形化； (8)通过干法刻蚀或者湿法腐蚀，实现金属引线/电极的图形化制作； (9)将制作好的圆片进行划片和测试电阻信号预检测，即完成了如权利要求2、3所述的血栓检测芯片制作。
7.如权利要求6所述的血栓检测芯片的制作方法，其特征在于充分的利用了高阻硅基衬底与先进石墨烯材料特有的电阻相变响应特性，通过先进微纳加工工艺实现石墨烯微电阻和金属引线互联的制作，实现本先进血栓检测芯片的高性能、高集成、低成本的圆片级制作。
【文档编号】G01N27/12GK104132969SQ201410362663
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】刘玉菲 申请人:刘玉菲