CN106053456B - 一种尿液浓缩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尿液浓缩装置，包括浓缩单元，所述浓缩单元包括外壳、磁性组件和内芯；所述内芯与所述外壳之间设置有微流通道；内芯由富集部和吸水部构成；所述外壳的前端设置有进液口，所述进液口通过所述微流通道与所述吸水部连通；所述磁性组件的磁芯设置在所述富集部内，通过所述磁芯吸引流经富集部外壁的尿液中的纳米顺磁珠。本发明尿液浓缩装置通过在尿液中加入与纳米顺磁珠偶联的可以特异识别、结合待检测成分的化合物或分子；在尿液浓缩装置的吸收单元中的磁性芯体吸引纳米顺磁珠对被检测成分进行分拣，通过该装置将待测成分浓缩100～1000倍，可以提高有助于提高体外检测（IVD）系统的灵敏度。

Description

一种尿液浓缩装置
技术领域
本发明涉及医疗检测装置，尤其是一种对尿液进行浓缩的尿液浓缩装置。
背景技术
体外诊断(In Vitro Diagnosis，IVD)技术，是指在人体之外，通过对机体包括血液、体液及组织等样本进行检测而获取相关的临床诊断信息，从而帮助判断疾病或机体功能的产品和服务。
医师、营养师和环境科学家对于尿液的化学成分特别感兴趣,因为它不仅显示了一个人的是否健康的关键信息,而且也与他们吃什么、喝什么、服用什么药以及暴露于什么污染物的环境之中有直接关系，是医生用于诊断疾病的方法之一。现在每天都有成千上万次尿液的化学测试, 被用于识别新生儿代谢紊乱, 诊断糖尿病, 监测肾功能, 证实膀胱感染和检测非法药品的使用等。可以说尿液检查对临床诊断、判断疗效和预后有着十分重要的价值。
据PLoS One 2013年的报道，有多个国家，近20位科学家参与的一项研究成果显示，人尿液中有3000余种化学物质或者代谢物，并预计此项研究结果将会对医疗、营养、药物以及环境测试有重大影响[1]。他们的研究成果收录于一个免费的被称之为尿液代谢物数据库（Urine Metabolome Database）即UMDB，是一个世界性的促进临床、药物和环境验尿研究的参考资源库。美中不足的是该项检测尿液所用的仪器设备（包括核磁共振光谱、气相色谱、质谱和液相色谱）昂贵﹑笨重﹑操作复杂，难于普遍应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够快速浓缩尿液的尿液浓缩装置；具体技术方案为：
一种尿液浓缩装置，包括浓缩单元，所述浓缩单元包括外壳、磁性组件和内芯；所述内芯与所述外壳之间设置有微流通道；内芯由富集部和吸水部构成；所述外壳的前端设置有进液口，所述进液口通过所述微流通道与所述吸水部连通；所述磁性组件的磁芯设置在所述富集部内，通过所述磁芯吸引流经富集部外壁的尿液中的纳米顺磁珠。
进一步，所述微流通道由纸基上未覆盖疏水材料部分构成。
进一步，所述疏水材料为蜡、压敏胶或塑料。
进一步，所述吸水部的外壳为纸基，内部填充高吸水树脂（SAP）。
进一步，所述磁性组件包括磁芯、拉杆和手柄；所述磁芯设置在所述拉杆的前端，所述手柄设置在拉杆的后端，所述拉杆穿设在所述内芯内的拉杆孔内。
进一步，还包括变流单元，所述变流单元与所述浓缩单元卡接或通过螺纹连接；浓缩单元前部设置有伸出所述进液口的伸出端，变流单元的前端设置有变流孔，所述变流孔与所述伸出端之间设置有微隙；变流孔与进液口之间的距离为2至3倍 所述微隙宽度。
进一步，所述微隙为0.1至1mm 。
进一步，所述变流单元前端设置有过滤网。
进一步，所述变流单元由疏水材料制成。
本发明还提供了一种尿液检测方法，包括以下步骤：
1)取待检测尿液样品10～15毫升；
2)加入偶联纳米顺磁珠的特异性识别待检测物的化合物或分子（抗体）药片，肉眼观测颜色变化；
3)将上述的尿液浓缩装置插入尿液浓缩装置，使所述磁芯靠近所述富集头；浓缩均相化后的尿液；
4)浓缩完毕后，使所述磁芯远离所述富集头；
5)用富集头涂抹测试装置。
本发明尿液浓缩装置通过在尿液中加入与纳米顺磁珠偶联的可以特异识别、结合待检测成分的化合物或分子；在尿液浓缩装置的吸收单元中的磁性芯体吸引纳米顺磁珠对被检测成分进行分拣，通过检测装置中设置的纸基微流通道对尿液虹吸，通过高吸水树脂维持虹吸过程在较长时间内保持；从而在设置有磁性芯体的富集部的头部富集。通过该装置将待测成分浓缩100～1000倍，可以提高有助于提高体外检测（IVD）系统的灵敏度。
附图说明
图1为本发明尿液浓缩装置结构示意图；
图2为本发明尿液浓缩装置A-A剖面结构示意图。
图3为计时显示单元结构示意图。
图中：1、浓缩单元；1.1、富集部；1.11、富集头；1.2、外壳；1.3、磁芯；1.4、拉杆；1.5手柄；1.6、吸水部；1.61、吸水部外壳；1.62、高吸水树脂；1.7、微流通道；1.8、支撑； 2、变流单元；2.1、变流单元外壳；2.2、滤网；2.3、变流孔；2.4指示部；2.41、微通道输入端；2.42、微通道输出端；2.43、显示条；2.44、显示微通道。
具体实施方式
下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图1所示，本实施例的尿液浓缩装置，包括浓缩单元1，浓缩单元1包括外壳1.2、磁性组件和内芯；内芯的外壁与外壳1.2的内壁之间设置有微流通道；内芯由富集部1.1和吸水部1.6构成；外壳1.2的前端设置有进液口，进液口通过微流通道与吸水部1.6连通；磁性组件的磁芯1.3设置在富集部1.1内，通过磁芯1.3吸引流经富集部1.1外壁的尿液中的纳米顺磁珠。
富集部1.1由不导磁的非水溶性材料制成。
图1中省略了微流通道1.7。微流通道1.7由微流通道由两层疏水材料﹑层间疏水材料的支撑1.8﹑纸基微流通道以及纸基微流通道与支撑1.8间的空隙所组成；纸基微流通道与层间支撑1.8的空隙可增加微流液的流速。其中，疏水材料为蜡，也可以采用塑料或者压敏胶。纸基微流通道与支撑间的空隙为1至2mm。
吸水部外壳1.61为纸基，也可以用塑料铸成壳体；吸水部外壳1.61内部填充高吸水树脂1.62（SAP）。
磁性组件包括磁芯1.3、拉杆1.4和手柄1.5；磁芯设置在拉杆1.4的前端，手柄1.5设置在拉杆1.4的后端，拉杆1.4穿设在内芯中心的拉杆孔内。
在装置的下端还设置有变流单元2，变流单元2通过变流单元外壳2.1与浓缩单元1卡接或通过螺纹连接；优选采用卡接。浓缩单元1前部的富集头1.11伸出进液口，变流单元2的前端设置有变流孔2.3，变流孔与富集头1.11之间设置有水平方向的微隙；变流孔与进液口之间的垂直距离为2至3倍微隙宽度。微隙的作用为：①部分调控微流液的流速；②使流经该孔的微流液在富集头1.11的顶部形成湍流，有利于纳米顺磁复合物在笔尖上的富集和浓缩。
用变流单元2罩住浓缩单元1，还可以保护浓缩单元1不被磕碰，更重要的使避免富集头1.11被污染，影响检测结果。
最好将微隙宽度控制在0.1至1mm 。微隙宽度太小会影响浓缩的速度，微隙宽度太大，虹吸水流会被阻断，难以产生湍流。
变流单元2前端设置有滤网2.2；可以滤除尿液中的有型杂质。滤网2.2通过胶粘接在变流单元2的前端，最好选用压敏胶粘接。
变流单元2由疏水材料制成，有利于产生湍流。
通过富集部1.1外侧的微流通道1.7，尿液被引入吸水部1.6的底部，实现浓缩。
还可以如图2所示（指示部2.4未剖），在吸水部1.6外壁与外壳1.2的内壁之间也设置微流通道1.7，将吸水部1.6的底部与富集部1.1外侧的微流通道1.7隔离，使尿液通过吸水部1.6外壁与外壳1.2的内壁之间的微流通道1.7从吸水部1.6顶部进入吸水部1.6内部，实现浓缩。
从吸水部1.6顶部进入，可以避免高吸水树脂(SAP)吸水膨胀后，对富集部1.1产生压力，导致富集头1.11与变流孔2.3不同轴，影响变流孔2.3发挥作用。同时，增加吸水部1.6外壁与外壳1.2的内壁之间的微流通道1.7后，有利于提高微流通道1.7中液体的流速，加强变流孔2.3的作用。
由于富集部1.1和吸水部1.6直径不同，在富集部1.1和吸水部1.6连接的变径平面设置了同心圆弧段导流微通道，通过导流微通道降低因变径造成的湍流，避免湍流降低微流通道1.7中液体的流速。
为了便于了解富集头1.11上待测尿液的浓缩程度，在变流单元2的外壁上还可以设置指示部2.4；如图3所示，指示部2.4为长方形，当然也可以使梯形或三角形等其他形状。指示部2.4的下端与变流单元2粘接。指示部2.4也采用纸基，在纸基的外壁上通过疏水材料蜡制作有微通道输入端2.41、微通道输出端2.42、显示条2.43和显示微通道2.44。微通道输入端2.41设置在下端，微通道输出端2.42设置在上端；微通道输入端2.41与微通道输出端2.42之间通过显示微通道2.44和显示条2.43连接。其中，显示条2.43平行设置，方便阅读显示状态；显示微通道2.44为弧形，与显示条2.43形成多条串接的S型通道，以获得较大的行程，使指示部2.4构成的微流计时装置的计时量程增大。通过设置指示部2.4，方便使用者把控装置浓缩尿液的时间。
为了避免漏液，可以在指示部2.4的外壁敷设透明的塑料薄膜。
检测时，具体步骤为：
1)施加待检测尿液样品10～15毫升。
2)施加特异性识别待检测物的化合物或分子（抗体）药片，肉眼观测颜色变化。
3)向尿液收集器中插入尿液浓缩装置，浓缩均相化后的尿液。
4)将富集头1.11部分放置在测流试纸条的样品施加区或其他检测仪器的待检测部位，提拉手柄1.5使磁芯1.3上移。将富集头1.11收集到的尿液浓缩成分涂抹在上述IVD装置的待检测衬底上，实施进一步检测。
其中，在步骤3）中最好保留变流单元2，在步骤4）开始前才将变流单元2摘除。
选择性的浓缩待检测尿液中的某种成分的关键是要用特异性识别待检测物的化合物或分子，例如抗原和抗体，去识别﹑结合尿液中该种待测成分。将前者与纳米顺磁珠偶联，在待测尿液中经充分混合后，识别﹑结合待检测成分后形成纳米顺磁复合物，随待检测尿液流经富集部1.1。纳米顺磁珠在纸基微流通道的导流下被富集部1.1内的磁性材料俘获，因此，待检测成分被富集和浓缩。用于识别尿液中待检测成分的化合物或抗体与质量控制的染料单独包装成片剂以利于保存，也便于非专业人员的均相化操作和质量控制。如何选择特异性识别待检测物的化合物或分子和将该化合物或分子与纳米顺磁珠偶联均为现有技术，这里不再赘述。
考虑到避免样品的交叉污染，以及环保，尿液浓缩装置的主要材料采用纸和蜡为基材；具有成本低廉﹑便于携带﹑一次性使用﹑用后可焚毁等特点，在提高经济效益的同时注重保护环境。由于尿液浓缩装置中纸的微孔虹吸作用，使其不需要额外提供动力便可以完成液体输运的功能。尿液经尿液浓缩装置中分布的微流通道到达吸水部1.6的高吸水树脂(SAP)区，完成浓缩功能。SAP是一种新型功能高分子材料。具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，无毒无害，一般作为医用材料，如尿布、卫生巾等。
浓缩过程为：待测尿液中与纳米顺磁珠偶联的化合物及尿液经变流单元2上的变流孔2.3流经富集头1.11，微流液中的纳米顺磁珠被富集头1.11内的磁芯1.3的磁力俘获，滞留在富集头1.11的部位。其他的尿液成分沿着装置内微流通道到达位于吸水部1.6，被吸水树脂吸收而被潴留。
浓缩时，将磁芯1.3置于富集部1.1的前端，紧贴富集头1.11内侧。当均相化的待浓缩尿液通过微流通道的导流经过非导磁材料制成的富集头1.11时，磁芯的磁力透过外套将待浓缩尿液中的与纳米顺磁珠偶联的化合物吸附在富集头1.11上。随着微流液流经富集头1.11前端，纳米顺磁复合物不断的被富集﹑浓缩，直到微流液断流或者微流计时装置显示时间已到为止。
浓缩待检测样品中某种物质的浓度相当于提高了该检测系统的灵敏度。特异性取决于特异性识别待检测物的化合物，例如抗体、药物化学分子等，在IVD系统中起到生物﹑化学传感器的作用。将纳米顺磁珠与上述“传感器”偶联并不影响其功能，在磁力的作用下，待检测样品中被识别﹑结合的分子可以被富集﹑浓缩。
配合各种便携的IVD检测产品，例如测流试纸条(早孕试纸﹚，在无需专业人员和设备的条件下，经过简单操作，快速实施IVD（包括POCT）。检测装置应用范围广泛，包括医院POCT、宠物医院、防疫站、出入境检疫局，农村、牧场、野外以及家庭自检等。
尿液浓缩完成后，摘除变流单元2，暴露富集头1.11。富集头1.11部分载有浓缩的纳米顺磁复合物，突出的锥状富集头1.11便于实施后继的IVD。例如用测流试纸条作为后继的检测方法时，用一只手的拇指和食指捏住壳体，将富集头1.11碰触到测流试纸条的样品施加区衬垫，用另一只手提拉装置的手柄1.5至碰到阻力为止，使磁芯1.3远离富集头1.11，降低纳米顺磁复合物所受到的吸引力；转动装置使纳米顺磁复合物涂抹在该衬垫上，然后移开装置。尿液浓缩装置的功能完成后，可以实施测流试纸条的检测程序，最终得到检测结果。
尿液浓缩装置可以设置为圆柱体；也可以设置为长方体或者三棱体，甚至圆锥状等形状。
本发明具有以下优点：
1）通用性。尿液浓缩装置作为检测系统中的模块之一可以兼容不同的IVD装置和仪器。可以根据需要选择性的浓缩尿液中某种或某些成分。
2）便携性和易操作性。笔型设计便于携带，操作简单，无需要任何辅助设备和专业人员。特别适合在家庭、农村、牧场、野外和灾难等资源有限的场合。
3）浓缩速度快，比例高。5分钟内选择性的浓缩尿液样品100～1000倍，可以是一种或多种待测成分。方便实施床边(point-of-care) 检测。
4）节能环保。采用纸基，一次性使用，用后可集中焚毁。防止有害被测样品污染环境。
5）高性价比的IVD辅助装置。成本低廉，操作简单，浓缩速度快，可提高检测灵敏度2-3个数量级。
上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (9)

1.一种尿液浓缩装置，其特征在于，包括浓缩单元，所述浓缩单元包括外壳、磁性组件和内芯；所述内芯与所述外壳之间设置有微流通道；内芯由富集部和吸水部构成；所述外壳的前端设置有进液口，所述进液口通过所述微流通道与所述吸水部连通；所述磁性组件的磁芯设置在所述富集部内，通过所述磁芯吸引流经富集部外壁的尿液中的纳米顺磁珠；还包括变流单元，所述变流单元与所述浓缩单元卡接或通过螺纹连接；浓缩单元前部设置有伸出所述进液口的伸出端，变流单元的前端设置有变流孔，所述变流孔与所述伸出端之间设置有微隙；变流孔与进液口之间的垂直距离为2至3倍所述微隙宽度。
2.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述微流通道由纸基上未覆盖疏水材料部分构成。
3.如权利要求2所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述疏水材料为蜡、压敏胶或塑料。
4.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述吸水部的外壳为纸基，内部填充高吸水树脂（SAP）。
5.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述磁性组件包括磁芯、拉杆和手柄；所述磁性设置在所述拉杆的前端，所述手柄设置在拉杆的后端，所述拉杆穿设在所述内芯内的拉杆孔内。
6.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述微隙为0.1至1mm。
7.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述变流单元前端设置有过滤网。
8.如权利要求1所述的尿液浓缩装置，其特征在于，所述变流单元由疏水材料制成。
9.一种尿液检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取待检测尿液样品10～15毫升；
2）加入偶联纳米顺磁珠的特异性识别待检测物的化合物或分子抗体药片，肉眼观测颜色变化；
3）向尿液收集器中插入权利要求1至8中任一项所述的尿液浓缩装置，浓缩均相化后的尿液；
4）使所述磁芯远离所述富集部；
5）用富集部涂抹测试装置。
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