一种基于电容法检测血液理化指标的POCT设备的制作方法

本实用新型涉及生物医疗检测设备的技术领域，具体涉及一种基于电容法检测血液理化指标的poct设备。

背景技术：

即时检验poct(pointofcaretest)，指在病人旁边进行的临床检测及床边检测，是在采样现场即刻进行分析、快速得到检验结果的一种检测方法，其特点在于为及时进行医疗干预提供临床诊断依据。

血液是人体的重要组成部分，承担人体循环和代谢的重要功能，通过检测血液的理化指标，可辅助诊断人体的健康状况。血液检查包含很多项目，涉及很多理化指标，以出血、凝血指标为例，目前主要使用的是血凝仪和血栓弹力图仪。

血栓弹力图仪不同于以往单一检测某些凝集成分数量和活性的方法，可记录血液从凝集到纤溶的全过程，能够比较全面地提供关于患者凝血机能的信息。血栓弹力图基于血液凝集过程中粘弹性的变化进行检测，随着血块凝集强度的增长和减弱生成一条曲线，可以直观地反映全血凝集和纤溶的情况。

受限于血栓弹力图仪的方法学原理，不易形成便携式poct设备。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的不足，本实用新型提供一种基于电容法检测血液理化指标的poct设备。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于电容法检测血液理化指标的poct设备，包括：

电源系统、嵌入式控制系统、微处理器系统、激励检测系统和用于血液理化指标检测的传感器系统；所述传感器系统中的微超电容传感器包括微超电容传感芯片和用于承载被检血液、提供理化反应区的传感反应池，所述微超电容传感芯片设置于传感反应池内；

所述微超电容传感芯片设有至少一组由2个相互靠近的电极构成的电容器，相邻电极之间的平行间距为0.05-2mm。本专利提出的微超电容传感芯片利用了微超电容具有一定电容容值的特性。电容的计算公式为c＝εs/4πkd。其中，ε是介质介电常数，s为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k是静电力常量。将一定体积的血液样品引入所述电容器中，所述血液构成了电容器之间的介质。当所述传感芯片上所添加血液的理化性质发生改变时，其介电常数ε发生变化，所述传感芯片构建的微超电容的电容值就会发生变化，通过对所述传感芯片构建的微超电容的电容值进行检测，可反映所添加血液理化性质的变化。血液由血浆和血细胞组成，血细胞主要包括红细胞、白细胞和血小板三类。血浆为细胞间质，表现为浅黄色半透明液体，除含有大量水分以外，还有无机盐、纤维蛋白原、白蛋白、球蛋白、酶、激素、各种营养物质以及代谢产物等。红细胞直径7～8.5μm，呈双凹圆盘状。血小板为圆盘形，直径1～4μm到7～8μm不等，且个体差异很大(5～12μm³)。白细胞分为有粒白细胞和无粒白细胞两类，直径6～20μm。血液中各种成分储存着人体健康信息，机体的生理变化或病理变化往往引起血液成分的改变，所以血液理化性质的检测有重要的临床意义。由于血液构成了微超电容的介质，因此介质(血液)中各种成分必须落入电容器两个极板之间。相邻电极之间的高度保持相同，平行距离一致，能使得溶液分布均匀，以便于分析和模型构建，消除不等距对结果的影响。因此，本专利根据大量创新性实验，最终发现在相邻电极之间的距离为0.05-2mm时，才能有效地检测到血液理化性能，并获得准确和精确的检测信号和检测结果。

进一步地，所述电容器的电极厚度为0.01-1mm。所述电极的厚度与构成电极的面积相关，根据对血液特性的分析以及对检测结果准确性等要求，最终发现在电极厚度为0.01-1mm时，才能有效地检测到血液理化性能，并获得准确和精确的检测信号和检测结果。

进一步地，微超电容传感芯片设有至少3组由2个相互靠近的电极构成的电容器。采用多组微超电容的有益效果为：1.形成微超电容微阵列以提高检测灵敏度；2.可设置对照组，提高准确度；3.可实现多元检测，即可应用于多个不同的项目检测；4.可实现高通量检测，即同一项目可检测多个样本。

进一步地，不同组电容器构成并联连接关系，有利于减小布线的空间，并能获得更大的检测面积等。

进一步地，所述微超电容传感芯片设有与电极连接的引线。

进一步地，所述微超电容传感芯片设有传感区和引线区。通过设置引线区，为芯片的安装和应用等提供了多种可能性，具有拓展性。

进一步地，所述微超电容传感芯片在导电聚酯材料上通过湿蚀法制备电极得到，或在导电硅或导电玻璃基体上通过光刻法制备电极得到。

进一步地，用于血液理化性能指标检测的微超电容传感器，包含所述微超电容传感芯片和用于承载被检血液、提供理化反应区的传感反应池，所述微超电容传感芯片设置于传感反应池内。

往所述微超电容传感器中引入血液，血液进入微超电容传感芯片的电容器中，构成微超电容的介质，当血液的理化指标发生变化时，其介电常数就会发生相应的变化，进而引起微超电容传感器电容量的变化。通过检测所述微超电容传感器电容量的变化，就能够反映出血液理化性质的变化，进而反映机体的生理变化或病理变化，具有重要的临床意义。

例如，血液从流动的液体状态变成不能流动的胶冻状凝块的过程，即为血液凝固(bloodcoagulation)，血浆中的纤维蛋白原转变为不溶的纤维蛋白，多聚体纤维蛋白交织成网，将很多血细胞网罗其中形成血凝块。通过本专利的微超电容传感器能够在整个血液凝固过程中检测电容量的变化情况，形成变化曲线，能够直观地了解到血液凝固的时间、介电常数的变化等参数，并与样品数据库中的参数进行分析比较，得到相应的检验结果。

进一步地，所述传感反应池为凹槽，所述传感反应池一侧贴近所述凹槽底面处设计一个条形孔，所述微超电容传感芯片通过条形孔插入所述凹槽内。

进一步地，所述传感反应池为凹槽，所述传感反应池与微超电容传感芯片的传感区位于凹槽底部，所述引线区与外部电路连接。

进一步地，所述电源系统为电源适配器经过一系列dc/dc芯片和ldo电压转换芯片产生多路供电电源。

进一步地，所述嵌入式控制系统用于提供一种上位机软件与所述微处理器系统进行控制指令和数据信息的交互。

所述上位机软件为基于linux操作系统开发的特殊应用软件。

嵌入式控制系统用于实现lcd显示功能、rtc实时时间功能、usb外设功能、lis串口传输功能、网口数据传输功能、存储功能和串口升级调试功能。

进一步地，微处理器系统用于与所述上位机软件进行数据交互，一方面接收上位机软件所发出的指令，根据所接收的指令执行相应的操作；另一方面向上位机反馈数据信息；微处理器系统一方面用于控制激励检测系统的启动和停止，另一方面用于接收激励检测系统的输出信号；微处理器系统包括用于控制所述传感器系统的温度控制模块；微处理器系统用于实现存储功能和串口或jtag升级调试等功能。

进一步地，激励检测系统包含激励模块和信号处理模块；所述激励模块用于产生电化学微超电容的谐振激励；所述信号处理模块用于所述激励模块所产生谐振信号的处理和输出。

进一步地，传感器系统包含温度控制模块，用于控制所述传感器系统的环境温度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本专利提出的基于电容法检测血液理化指标的poct设备，利用了微超电容传感芯片中微超电容具有一定电容容值的特性。将一定体积的血液样品引入所述电容器中，所述血液构成了电容器之间的介质。当所述传感芯片上所添加血液的理化性质发生改变时，其介电常数发生变化，所述传感芯片构建的微超电容的电容值就会发生变化，通过对所述传感芯片构建的微超电容的电容值进行检测，可反映所添加血液理化性质的变化，进一步分析机体的生理变化或病理变化，具有重要的临床意义。

附图说明

图1为微超电容传感芯片的电路结构示意图；

图2为微超电容传感芯片的电路结构示意图；

图3为微超电容传感器的传感反应池结构示意图；

图4为微超电容传感器的结构示意图；

图5为poct设备的结构示意图；

图6为poct设备的使用流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。实施例及应用例所用的原材料均为市购。

实施例1

如图1～6所示，一种基于电容法检测血液理化指标的poct设备，包括：

电源系统、嵌入式控制系统、微处理器系统、激励检测系统、和用于血液理化指标检测的传感器系统。传感器系统中的微超电容传感器包括微超电容传感芯片和用于承载被检血液、提供理化反应区的传感反应池，微超电容传感芯片设置于传感反应池内。

用于血液理化性能指标检测的微超电容传感芯片设有三组由2个相互靠近的电极(11,12)构成的电容器，相邻电极(11,12)之间的平行间距为0.05mm。

电容器的电极(11,12)厚度为0.5mm。

不同组电容器构成并联连接关系，有利于减小布线的空间，并能获得更大的检测面积等。

微超电容传感芯片设有与电容器连接的引线13。微超电容传感芯片设有传感区1和引线区2。通过设置引线区2，为芯片的安装和应用等提供了多种可能性，具有拓展性。

传感芯片的传感区1主要用于电信号的产生。传感芯片的引线区2主要用于电信号的传导。

微超电容传感芯片在导电聚酯材料上通过湿蚀法制备金属薄膜电极层得到，或在导电硅或导电玻璃基体上通过光刻法制备金属薄膜电极层得到。微超电容传感芯片利用了微超电容具有一定电容容值的特性。将一定体积的血液样品引入电容器中，血液构成了电容器之间的介质。当传感芯片上所添加血液的理化性质发生改变时，其介电常数发生变化，传感芯片构建的微超电容的容值就会发生变化，通过对传感芯片构建的微超电容的容值进行检测，可反映所添加血液的理化性质的变化。

由于血液构成了微超电容的介质，因此介质(血液)中各种成分必须落入电容器两个极板之间。由于电极的厚度与构成电极的面积相关，通过对血液特性的分析以及对检测结果准确性等要求，本发明根据大量创新性实验，最终发现在相邻电极之间的距离为0.05-2mm、电极厚度为0.01-1mm时，才能有效的检测到血液理化性能，并获得准确和精确的检测信号和检测结果。

如图3～4所示，用于血液理化性能指标检测的微超电容传感器，包含微超电容传感芯片3和用于承载被检血液、提供理化反应区的传感反应池4，微超电容传感芯片3设置于传感反应池4内。

往微超电容传感器中引入血液，血液进入传感芯片3的电容器中，构成微超电容的介质，通过检测微超电容传感器电容量的变化，能够反映出血液理化性质的变化，进一步分析机体的生理变化或病理变化，具有重要的临床意义。

传感反应池4为凹槽，传感反应池4一侧贴近凹槽底面处设计一个条形孔41，微超电容传感芯片3通过条形孔插入凹槽内。条形孔宽度略大于微超电容传感芯片的宽度；条形孔高度略大于微超电容传感芯片的厚度。

将微超电容传感芯片插入凹槽内，使得传感区1和极少部分引线区2位于凹槽内。

传感反应池4与微超电容传感芯片3的传感区1位于凹槽底部，引线区2与外部电路连接。

传感反应池4由不与血液成分发生反应的绝缘材料制造而成，呈柱状。

传感反应池4设计有上盖，用于保证理化反应环境的封闭性。

微超电容传感芯片可根据应用需求设计为任意形状，其材料具有绝缘性，且不与血液成分发生反应。

电源系统为电源适配器经过一系列dc/dc芯片和ldo电压转换芯片产生多路供电电源。

嵌入式控制系统用于提供一种上位机软件与微处理器系统进行控制指令和数据信息的交互。

上位机软件为基于linux操作系统开发的特殊应用软件。嵌入式控制系统用于实现lcd显示功能、rtc实时时间功能、usb外设功能、lis串口传输功能、网口数据传输功能、存储功能和串口升级调试功能。

微处理器系统用于与上位机软件进行数据交互，一方面接收上位机软件所发出的指令，根据所接收的指令执行相应的操作；另一方面向上位机反馈数据信息。

微处理器系统一方面用于控制激励检测系统的启动和停止，另一方面用于接收激励检测系统的输出信号；

微处理器系统用于控制传感器系统的温度控制模块；

微处理器系统用于实现存储功能和串口或jtag升级调试功能；

激励检测系统包含激励模块和信号处理模块。

激励模块用于产生电化学微超电容的谐振激励。

信号处理模块用于激励模块所产生谐振信号的处理和输出。

传感器系统包含温度控制模块，用于控制所述传感器系统的环境温度。

一种基于电容法检测血液理化指标的poct设备的使用方法，包括：

s1.启动电源系统，并启动嵌入式控制系统和微处理器系统；

s2.启动传感器系统的温度控制模块，使传感器模块处于设定的温度环境下；

s3.启动激励检测系统，并启动微处理器的测量功能；

s4.将血液加入传感器反应池内；

s5.微处理系统将获得的测量数据上传给嵌入式控制系统；

s6.嵌入式控制系统对获取的数据进行分析处理，计算得到血凝检测相关指标结果等。

应用例1

使用基于电容法检测血液理化指标的poct设备，加样前先启动设备，将适当血样加入传感反应池4中，立即盖上上盖。

血液凝固过程中，纤维蛋白原转变为不溶的纤维蛋白，多聚体纤维蛋白交织成网，将很多血细胞网罗其中形成血凝块。通过本专利的微超电容传感器检测在整个血液凝固过程中电容量的变化情况，形成变化曲线，能够直观地了解到血液凝固的时间、介电常数的变化等参数，并与样品数据库中的参数进行分析比较，得到相应的检验结果。

表1各微超电容传感芯片的检测结果分析

从表1可知，由实施例1～3和对比例1～2可知，当电极厚度一定时，相邻电极之间的距离小于0.05mm时，信号弱且灵敏度较差；当大于等于0.05mm小于2mm时，信号强且灵敏度高；当大于2mm时，信号强度和灵敏度均会大幅下降。

由对比例3可知，相邻电极之间的距离一定时，相比于电极厚度为0.5mm时，电极厚度为1.3mm时所得信号强度和灵敏度均偏低。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。