CN104483368A - 带采血微针阵列的便携式电解质分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，真空腔与连通管支撑底座之间设置橡胶密封圈，腔与微针之间的连通管固定在连通管支撑底座中间，连通真空腔与外部贮液器，离子传感器块装在连通管支撑底座与微针块之间，微针块上设有带底座的空心微针阵列，离子传感器块上设有Na⁺离子选择性膜接触垫、K⁺离子选择性膜接触垫、Cl^-离子选择性膜接触垫。本发明结构更加简洁，操作更加简单，分析结果更加可靠，极大减小分析装置的体积及生产成本，有利于大规模生产。用带底座的空心微针阵列来抽取血液样本，离子传感器分析血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度，实现在无痛感抽取少量的血液样品的情况下，分析出血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-的浓度。

Description

带采血微针阵列的便携式电解质分析装置

技术领域

本发明涉及一种医用技术领域的装置，尤其是一种带采血微针阵列的便携式电解质分析装置。

背景技术

近些年来，随着ISFET技术的不断发展，医学ISFET设备得到了广泛的应用并不断地改进和提高，为医学临床诊断提供了更多人体生理及病理变化的信息。电解质分析仪又叫离子计，是ISFET技术的不断发展的产物。它是采用离子选择性电极来测量溶液中离子浓度的仪器。在生化检验中，电解质分析仪表主要用于测量体液中内钾、钠、氯等离子浓度。人体内电解质的紊乱，会引起各器官、脏器生理功能失调，特别对心脏和神经系统影响最大。因此，电解质分析仪表在临床上应用十分广泛，已成为评价人体内环境的主要工具之一。然而，现有的电解质分析设备体积较大、生产成本高，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电解质分析设备体积较大、生产成本高而且不利于大规模生产的不足，而提供一种带采血微针阵列的便携式电解质分析装置。本发明对现有设备作了进一步改进，使其结构更加简洁，操作更加简单，分析结果更加可靠，极大减小分析装置的体积及生产成本。此外，本发明运用带底座的空心微针阵列技术来抽取血液样本，离子传感器分析血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度，实现在无痛感抽取少量的血液样品的情况下，分析出血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-的浓度，而且体积小、操作简单、生产成本低，有利于大规模生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，具有一个作为装置泵源的真空腔、一个用于连接真空腔与外部贮液器的腔与微针之间的连通管、一个血液-空气过滤器、一个内部设有参比溶液储存器的离子传感器块、一个用于抽取血液样本的带底座的空心微针阵列，其特征在于：真空腔与连通管支撑底座之间设置橡胶密封圈，用于密封真空腔，腔与微针之间的连通管固定在连通管支撑底座中间，并且连通真空腔与外部贮液器，离子传感器块安装在连通管支撑底座与微针块之间，微针块上设有带底座的空心微针阵列，离子传感器块上设有Na⁺离子选择性膜接触垫、K⁺离子选择性膜接触垫、Cl^-离子选择性膜接触垫，通过带底座的空心微针阵列抽取血液样本，离子传感器分析血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度。

连通管支撑底座内还装有血液-空气过滤器，用于阻止血液流入真空腔。

带底座的空心微针阵列通过硅橡胶安装在微针块上。真空腔、橡胶密封圈、腔与微针之间的连通管、连通管支撑底座、血液-空气过滤器、离子传感器块、微针块用聚二甲基硅氧烷聚胶依次粘接组装在一起。

所述离子传感器块上的Na⁺离子选择性膜接触垫、K⁺离子选择性膜接触垫、Cl^-离子选择性膜接触垫均有两个：一个与参比溶液接触，另一个与血液样品接触；二者通过FET电路连接到电压表的探针上，测出不同离子选择性膜接触垫间相应的电势差。

本发明的有益效果是：

本发明具有实质性特点和显著进步，和其它电解质分析装置相比，本发明结构更加简洁，操作更加简单，分析结果更加可靠，极大减小分析装置的体积及生产成本。此外，本发明运用带底座的空心微针阵列8技术来抽取血液样本，离子传感器分析血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度，实现在无痛感抽取少量的血液样品的情况下，分析出血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-的浓度，而且体积小、操作简单、生产成本低，有利于大规模生产。

附图说明

图1是本发明的结构立体分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明主要包括：真空腔1、橡胶密封圈2、腔与微针之间的连通管3、连通管支撑底座4、血液-空气过滤器5、离子传感器块6、微针块7、带底座的空心微针阵列8，其连接方式为：真空腔1在最上层，依次向下是橡胶密封圈2、腔与微针之间的连通管3、连通管支撑底座4、血液-空气过滤器5、离子传感器块6、微针块7、带底座的空心微针阵列8。

其中离子传感器块6上有Na⁺离子选择性膜接触垫9、K⁺离子选择性膜接触垫10、Cl^-离子选择性膜接触垫11。其连接方式为：真空腔1在最上层，依次向下是橡胶密封圈2、腔与微针之间的连通管3、连通管支撑底座4、血液-空气过滤器5、离子传感器块6、微针块7、最下层为安装了带底座的空心微针阵列8。真空腔1是作为装置的泵源，橡胶密封圈2用于密封真空腔；在带底座的空心微针阵列8扎入皮肤后，腔与微针之间的连通管3连接真空腔与外部贮液器，这时血液-空气过滤器5会阻止血液流入真空腔1；而离子传感器块6内部有参比溶液储存器，用于离子浓度测定。本发明装置中，除带底座的空心微针阵列8是用硅橡胶安装在微针块7上外；真空腔1、橡胶密封圈2、腔与微针之间的连通管3、连通管支撑底座4、血液-空气过滤器5、离子传感器块6、微针块7用PDMS（聚二甲基硅氧烷）聚胶依次粘接组装在一起。

离子传感器块6上的Na⁺离子选择性膜接触垫9、K⁺离子选择性膜接触垫10、Cl^-离子选择性膜接触垫11均有两个：一个与参比溶液接触，另一个与血液样品接触；二者通过FET电路连接到电压表的探针上，测出不同离子选择性膜接触垫间相应的电势差。FET（Field Effect Transistor）电路是场效应晶体管。

装置检测血液电解质浓度的过程：当带底座的空心微针阵列8将血液样品从皮肤里抽出，血液样品经过装有参比溶液的引用溶胶储存在储血器中。在进入储存层的同时，血液样本和参比溶液会接触ISM（离子选择性膜）。这时，血液样本和参比溶液在膜上会形成不同电解质离子相应的电势。若是将血液样本和参比溶液各端的场效应晶体管电桥式连接，那么血液样本和参比溶液电势差将被测出，进而得出电解质浓度。

本装置的电解质测定是基于电位滴定法（它的离子浓度的测量是基于Nernst定律），这种方法测量的是ISM内表面与外表面之间的电势差。在血液样品侧和参比溶液接触每种ISM时，血液样品侧和参比溶液侧的不同电势将被测得。对于ISM每一侧，膜与溶液界面产生电位差的是不同，ISM背面与Ag / AgCl电极接触，这里离子活性保持恒定的，因此产生了一种恒电位；而ISM外表面， 电位差的对数是呈线性变化的。由于参考侧的电位是恒定的，在测量ISM各方之间的电位不同的之后，将算出血液样本中离子浓度。电势与各离子的活度之间的关系是由Nernst定律描述，样品中的离子浓度可以从以下方程确定。

E = Er + （RT/NF） ln a

其中E是指系统电势，Er是电极电势；R，T和F有通常的意义，而N是价数（K⁺和Na⁺取1，Cl^-取-1）。实际上，测量的是血液样本和参考样本之间的电位差。因此，另一种简化的分析计算方法是将ln换做为自然对数（基底为10的对数）,通过将ΔE代替E来消除E。RT / NF一般为25.6（计算温度为25˚C）。方程为

ΔE = -58.2 log (a/ ao)

ΔE 是电势差，a为血液离子浓度，ao为参考样品浓度，通过连接2个MOSFET的差分放大电路测得电势，从而获得ΔE。 输出的是来自在ISM下面AgCl/ Ag电极接触每个FET的栅极产生的电压。因此，血液样品浓度a可以被计算出。

Claims (5)

1.一种带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，具有一个作为装置泵源的真空腔(1)、一个用于连接真空腔与外部贮液器的腔与微针之间的连通管(3)、一个血液-空气过滤器(5)、一个内部设有参比溶液储存器的离子传感器块(6)、一个用于抽取血液样本的带底座的空心微针阵列(8)，其特征在于：所述真空腔(1)与连通管支撑底座(4)之间设置橡胶密封圈(2)，用于密封真空腔(1)；所述腔与微针之间的连通管(3)固定在连通管支撑底座(4)中间，并且连通真空腔与外部贮液器；所述离子传感器块(6)安装在连通管支撑底座(4)与微针块(7)之间，微针块(7)上设有带底座的空心微针阵列(8)，离子传感器块(6)上设有Na⁺离子选择性膜接触垫(9)、K⁺离子选择性膜接触垫(10)、Cl^-离子选择性膜接触垫(11)，通过带底座的空心微针阵列(7)抽取血液样本，离子传感器(6)分析血液样品中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度。

2.根据权利要求1所述的带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，其特征在于：所述连通管支撑底座(4)内还装有血液-空气过滤器(5)，用于阻止血液流入真空腔(1)。

3.根据权利要求1所述的带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，其特征在于：所述带底座的空心微针阵列(8)通过硅橡胶安装在微针块(7)上。

4.根据权利要求1所述的带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，其特征在于：所述真空腔(1)、橡胶密封圈(2)、腔与微针之间的连通管(3)、连通管支撑底座(4)、血液-空气过滤器(5)、离子传感器块(6)、微针块(7)用聚二甲基硅氧烷聚胶依次粘接组装在一起。

5.根据权利要求1所述的带采血微针阵列的便携式电解质分析装置，其特征在于：所述离子传感器块（6）上的Na⁺离子选择性膜接触垫（9）、K⁺离子选择性膜接触垫（10）、Cl^-离子选择性膜接触垫（11）均有两个：一个与参比溶液接触，另一个与血液样品接触；二者通过FET电路连接到电压表的探针上，测出不同离子选择性膜接触垫间相应的电势差。