一种呼出气体分析检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种呼出气体分析检测仪，包括FAIMS谱仪，该FAIMS谱仪包括传感器芯片，所述传感器芯片包括基板和设置于该基板上的金属层，该金属层上成型有离子迁移沟道，多个离子迁移沟道依次连通形成检测气体通道。该技术方案通过多放电沟道与离子迁移沟道以及优化设计传感器芯片的离子迁移沟道的数目、宽度、宽深比等参数，使其当施加比传统平行电极结构更低的电压时，即可产生高于60000V/cm的电场强度，从而解决了FAIMS技术在灵敏度上不足的问题，使其兼具高灵敏度和高分辨率。并且，该FAIMS谱仪可以同时检测所有的呼出气体，避免各呼出气体之间的相互干扰，特异性强(达90％以上)。因而可以用于肺部疾病的诊断。
【专利说明】
一种呼出气体分析检测仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及医疗检测设备技术领域，具体涉及一种呼出气体分析检测仪。
【背景技术】
[0002]近几年环境污染问题日益严重，特别是雾霾不断加剧，导致肺部疾病(如肺癌、支气管哮喘、慢性阻塞性肺部疾病等)的发病率急剧升高。因此对肺部疾病的有效检测变得日益重要。
[0003]目前临床对肺部疾病常见的检测方法包括胸部CT、核磁共振成像和血液检测。但胸部CT、核磁共振成像均有辐射，频繁地检测对检测者身体不利，血液检测需要采用创伤性取样方式，对于检测者同样在一定的伤害。
[0004]通过分析检测者呼出气体对肺部疾病进行检测可以实现安全无创检测，是未来肺部疾病检测的发展趋势。但人类呼出气体成分复杂、浓度低，其中大多数浓度在皮摩尔或ppt(parts.per-trill1n)^^lJ。
[0005]现有技术中，对于呼出气体的检测主要采用气相色谱(gaschromatography，GC)仪、电子鼻和FAIMS(Field Asymmetric Waveform 1n Mobility Spectrometry，高场非对称波形离子迀移谱)谱仪。气相色谱仪和电子鼻分别基于气相色谱分离技术和传感器阵列设计，两者由于自身原理的限制，其检测限远远达不到检测呼出气体中痕量物质的程度。
[0006]FAIMS谱仪相较于气相色谱仪和电子鼻灵敏度高，其检测限可达到1ppm乃至lOppb，但对于肺部疾病检测所要求的更高的检测精度(ppt级别)则仍然无法实现。
[0007]综上所述，现有技术中的呼出气体检测仪器普遍存在灵敏性低的问题，从而导致现有的呼出气体检测仪器实用性差。
【实用新型内容】
[0008]因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中对呼出气体检测灵敏度低的缺陷，从而提供一种呼出气体分析检测仪。
[0009]本实用新型提供的一种呼出气体分析检测仪，包括FAIMS谱仪，该FAIMS谱仪包括传感器芯片，所述传感器芯片包括基板和设置于该基板上的金属层，该金属层上成型有离子迀移沟道，多个离子迀移沟道依次连通形成检测气体通道；
[0010]所述离子迀移沟道的数目为η，n选自整数，且5<n<30;
[0011]所述离子迀移沟道的宽度为a，25ym彡a彡50μπι;
[0012]所述离子迀移沟道的深度为b，5:1彡a/b彡15:1。
[0013]可选的，r^l0，a为30ym，a/b为10:1;或者
[0014]η为 15，a为30ym，a/b为 10:1;或者
[0015]η为20，a为30ym，a/b为 10:1;或者
[0016]nS25，aS30ym，a/bSl0:l。
[0017]可选的，所述金属层上的多个离子迀移沟道呈蛇形排布。
[0018]可选的，包括载气循环系统，所述载气循环系统包括依次串联为回路的所述FA頂S谱仪、栗、第一质量流量控制器以及过滤器，所述FAIMS谱仪与该呼出气体分析检测仪的气体入口端相连。
[0019]可选的，所述栗的末端同时连接有所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器。
[0020]可选的，所述过滤器包括活性炭过滤器、分子筛过滤器以及活性炭/分子筛过滤器。
[0021]可选的，所述基板的制作材料选自玻璃、陶瓷或硅，所述金属层的制作材料为金属O
[0022]本实用新型技术方案，具有如下优点:
[0023]1.本实用新型提供的一种呼出气体分析检测仪，其传感器芯片包括基板和设置于基板上的金属层，该金属层上成型有离子迀移沟道，多个离子迀移沟道依次连通形成检测气体通道。通过多放电沟道与离子迀移沟道以及优化设计传感器芯片的离子迀移沟道的数目、宽度、宽深比等参数，使其当施加比传统平行电极结构更低的电压时，即可产生高于60000V/cm的电场强度。从而解决了 FAHlS技术在灵敏度上不足的问题，使其兼具高灵敏度和高分辨率。并且，该FAIMS谱仪可以同时检测所有的呼出气体，避免各呼出气体之间的相互干扰，特异性强(达90 %以上)。因而可以用于肺部疾病的诊断。
[0024]2.本实用新型提供的一种呼出气体分析检测仪，对肺部疾病的检测安全无创，检测速度快，便于检测者长期检测，有利于疾病的及时诊断。
[0025]3.本实用新型提供的一种呼出气体分析检测仪，体积小，可小型化，从而便于使用者携带和使用。进而便于该设备的推广和应用。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本实用新型实施例提供的一种呼出气体分析检测仪的结构原理图。
[0028]图2是图1中传感器芯片的结构原理图。
[0029]图3是包括不同宽度的传感器芯片的呼出气体分析检测仪的分辨率和灵敏度；
[0030]图4是包括不同构型的传感器芯片的呼出气体分析检测仪的分辨率和灵敏度。
[0031]附图标记说明:
[0032]1-基板、2-金属层、3-离子迀移沟道。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]从图1中可以看出，该呼出气体分析检测仪包括载气循环系统，载气循环系统包括依次串联为回路的FAIMS谱仪、栗、第一质量流量控制器以及过滤器。FA頂S谱仪与该呼出气体分析检测仪的气体入口端相连。
[0036]其中，过滤器包括活性炭过滤器、分子筛过滤器以及活性炭/分子筛过滤器。栗的末端同时连接有第一质量流量控制器和第二质量流量控制器。
[0037]该FA頂S谱仪包括传感器芯片。请参考图2，传感器芯片包括基板I和设置于该基板I上的金属层2，该金属层2上成型有离子迀移沟道3，多个离子迀移沟道3依次连通形成检测气体通道。
[0038]离子迀移沟道的数目为η，n选自整数，且5<n<30;
[0039]离子迀移沟道的宽度为a，25ym<a<50ym;
[0040]离子迀移沟道的深度为b,5:1彡a/b彡15:1。
[0041]基板的制作材料选自玻璃、陶瓷或硅，金属层的制作材料为金属。优选的，金属层2上的多个离子迀移沟道3呈蛇形排布。
[0042]该呼出气体分析检测仪的使用方法为:
[0043]由所述栗提供所述载气循环系统的载气的动力，所述载气循环系统在所述第一质量流量控制器与第二质量流量控制器中调节为适宜的流量后，分别通过所述活性炭/分子筛过滤器以及活性炭过滤器过滤，以避免带入杂质，再通入所述FAIMS谱仪中，经过所述FAIMS谱仪后再次通入第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，以完成循环;检测时，取待测样品注入样品入口端，由所述载气循环系统中的载气带入FAMS谱仪中，即可进行检测。
[0044]实施例2
[0045]实施例1中的传感器芯片中，所述离子迀移沟道3的数目η为10;所述离子迀移沟道3的宽度a为30μηι;所述离子迀移沟道3的深度为b，a/b为10:1。
[0046]实施例3
[0047]实施例1中的传感器芯片中，所述离子迀移沟道3的数目η为15;所述离子迀移沟道3的宽度a为30μηι;所述离子迀移沟道3的深度为b，a/b为10:1。
[0048]实施例4
[0049]实施例1中的传感器芯片中，所述离子迀移沟道3的数目η为20;所述离子迀移沟道3的宽度a为30μηι;所述离子迀移沟道3的深度为b，a/b为10:1。
[0050]实施例5
[0051 ]实施例1中的传感器芯片中，所述离子迀移沟道3的数目η为25;所述离子迀移沟道3的宽度a为30μηι;所述离子迀移沟道3的深度为b，a/b为10:1。
[0052]实施例6
[0053]采用实施例1-5所述的呼出气体分析检测仪进行检测，包括以下步骤:首先，采集100名健康的人呼出的气体，检测呼出气体中的葵醛、苯乙酮、I，3_双(I，1-二甲基乙基)_苯的含量，分别计算各成分含量的平均值作为标准对照值，并计算标准方差，作为健康范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值高于或低于健康范围值即为肺癌阳性，当在健康范围值内时，即为肺癌阴性。
[0054]实施例7
[0055]采用实施例1-5所述的呼出气体分析检测仪进行检测，包括以下步骤:首先，采集100名肺腺癌患者与100名肺鳞癌患者呼出的气体，检测呼出气体中的2-乙基-1-己醇、I，3-二甲基-苯、I，3_双(I，1-二甲基乙基)的量，分别计算各成分含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在肺腺癌范围值内即为肺腺癌，当各成分测定值在肺鳞癌范围值内即为肺鳞癌。
[0056]实施例8
[0057]采用实施例1-5所述的呼出气体分析检测仪进行检测，包括以下步骤:包括以下步骤:采集100名良性肺癌患者与100名转移性肺癌患者呼出的气体，检测呼出气体中的检测呼出气体中含有的1-辛烯的量，计算其含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在良性肺癌范围值内即为良性肺癌，当各成分测定值在转移性肺癌范围值内即为转移性肺癌。
[0058]实施例9
[0059]采用实施例1-5所述的呼出气体分析检测仪进行检测，包括以下步骤:包括以下步骤:采集100名慢性肺阻塞患者与100名哮喘患者呼出的气体，检测呼出气体中的检测呼出气体中含有的苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4_ 二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7_二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2_ 二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、I，1’_氧双辛烷、一氧化氮的量，分别计算各成分含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在慢性肺阻塞范围值内即为慢性肺阻塞，当各成分测定值在哮喘范围值内即为哮喘。
[0060]实施例10
[0061]采用实施例1-5所述的呼出气体分析检测仪进行检测，包括以下步骤:包括以下步骤:采集室内空气，由样品入口端注入本实施例的装置中，检测二甲苯含量，当二甲苯含量超过50mg/ m3即超标。
[0062]实验例
[0063]实验例I
[0064]分别以包括宽度为30μπι、45μπι和70μπι的传感器芯片的呼出气体分析检测仪，对如下气体进行检测:1_辛烯、葵醛、苯乙酮、I，3_双(I，1-二甲基乙基)-苯、2-乙基-1-己醇、I，3_二甲基-苯、1,3_双(I, 1-二甲基乙基)、苯乙稀、1-甲基-2_( 1-甲基乙基)-苯、丁基轻基甲苯、2，4_二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7_二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2_二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、I，1’_氧双辛烷、一氧化氮，其分辨率和灵敏度如图3所示(30μπι时，分辨率和灵敏度重合)。
[0065]由图3可知，包括宽度为30μπι的传感器芯片的检测呼出气体的系统的分辨率和灵敏度均为最高。
[0066]实验例2
[0067]分别以包括实施例1-5的传感器芯片的呼出气体分析检测仪，对如下气体进行检测:1-辛烯、葵醛、苯乙酮、I，3_双(I，1-二甲基乙基)-苯、2-乙基-1-己醇、I，3-二甲基-苯、I，3_双(I，1-二甲基乙基)、苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4_二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7_二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2_ 二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、I，I’ -氧双辛烷、一氧化氮，其分辨率和灵敏度如图4所不O
[0068]其中，构型I表示实施例5所述的呼出气体分析检测仪，构型2表示实施例4所述的呼出气体分析检测仪，构型3表示实施例3所述的呼出气体分析检测仪，构型4表示实施例2所述的呼出气体分析检测仪。
[0069]由图4可知，实施例2所述的呼出气体分析检测仪的分辨率和灵敏度均为最高。
[0070]实验例3
[0071]取50名采用PET成像法确诊为肺癌的患者，采用实施例1中的方法进行呼出气体的检测，其中48名患者的检测结果为阳性，与PET成像法确诊结果一致。可见，本实用新型提供的呼出气体分析检测仪对肺癌的检测准确率为96%。
[0072]取50名确诊为良性肺癌的患者、50名确诊为转移性肺癌的患者，采用实施例8中的方法进行呼出气体的检测。其中，良性肺癌患者的检测结果与确诊结果一致的为45名，转移性肺癌患者的检测结果与确诊结果一致的为47名。可见，本实用新型提供的呼出气体分析检测仪对良性肺癌与转移性肺癌的检测准确率在90 %左右。
[0073]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种呼出气体分析检测仪，其特征在于:包括FAIMS谱仪，该FA頂S谱仪包括传感器芯片，所述传感器芯片包括基板(I)和设置于该基板(I)上的金属层(2)，该金属层(2)上成型有离子迀移沟道(3)，多个离子迀移沟道依次连通形成检测气体通道； 所述离子迀移沟道(3)的数目为n，n选自整数，且5<n<30; 所述离子迀移沟道(3)的宽度为a，25ym^a^50ym ； 所述离子迀移沟道(3)的深度为b，5:l<a/b<15:l。2.根据权利要求1所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于: η为 10，a为30ym，a/b为 10:1;或者 η为 15，a为30ym，a/b为 10:1;或者 η为20，a为30ym，a/b为 10:1;或者 η为25，a为30ym，a/b为10:1。3.根据权利要求1或2所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于:所述金属层(2)上的多个离子迀移沟道(3)呈蛇形排布。4.根据权利要求1所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于:包括载气循环系统，所述载气循环系统包括依次串联为回路的所述FAIMS谱仪、栗、第一质量流量控制器以及过滤器，所述FA頂S谱仪与该呼出气体分析检测仪的气体入口端相连。5.根据权利要求4所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于:所述栗的末端同时连接有所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器。6.根据权利要求4所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于:所述过滤器包括活性炭过滤器、分子筛过滤器以及活性炭/分子筛过滤器。7.根据权利要求1所述的呼出气体分析检测仪，其特征在于:所述基板(I)的制作材料选自玻璃、陶瓷或硅，所述金属层(2)的制作材料为金属。
【文档编号】G01N30/02GK205643257SQ201620184260
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】廖洁莹, 周辉, 李鹏, 汪小知
【申请人】北京爱康远创医疗科技有限公司