CN106353272A - 智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置 - Google Patents

智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置。检测装置包括反应池、生物传感器和光谱分析的光路结构，所述生物传感器包括能够与人体呼出的生物标志物发生反应并吸收的反应体，所述反应池内设置有反应腔，所述反应腔能够连通外部的人体呼出气体气源，所述生物传感器装设在反应腔处且反应体被封装在反应腔内，所述光路结构能够产生光束射入反应腔内并经过反应体后射出反应池形成反应体的吸收光谱。智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置采用生物传感器的反应体与人体呼出的生物标志物反应并通过能够对反应体进行光谱分析的光路结构检测吸收生物标志物后的反应体，快速、准确地检测出人体呼出的生物标志物含量，精度高。

Description

智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置
技术领域
本发明属于呼气分子诊断领域，具体涉及检测人体呼气中的生物标志物的呼气分子诊断系统的检测装置。
背景技术
正常人体呼出的气体中,除了氮、氧和二氧化碳之外,还包含着其他许多种化合物,通过检测这些化合物的含量即可诊断疾病。
瑞士苏黎世联邦理工学院近日公布的一项研究成果表明，每个人在呼吸时呼出的化合物和人类的指纹一样独一无二，医生甚至可以根据这些化合物来诊断疾病。同时，由于呼气测试法还能获得与尿液检查以及血液检查相近的结果，因此未来不但可以用来诊断疾病，还可能会用于运动员兴奋剂检测。该项研究成果已经发表在国际权威生物学类学术杂志《PLoS ONE》上。
在欧美国家，呼气分子诊断已成为呼吸系统及消化系统的金标技术，并用于心肺、肠胃、肾肝、糖尿病及癌症等疾病的医学研究与临床检验，被期望用于常见病、多发病、慢性病、流行病与职业病的基层筛查及家庭自检。
由于人体呼出气体中的生物标志物浓度极低，以ppb即10亿分之几为单位计，精确测定其浓度非常困难。
当前呼吸分析仪器仍主要依赖于大且昂贵的仪器，例如气相色谱仪(GC)及质谱仪(MS)，使得这些仪器不能广泛地应用。
还有的呼吸分析仪器是以电化学检测原理制成的检测装置，虽然体积小、但无法实现连续动态监测生物标志物、检测费用高、特异性差等局限性，不能充分满足临床需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够快速准确检测生物标志物含量的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，用于检测人体呼出气体中生物标志物的含量。所述检测装置包括反应池、生物传感器和光谱分析的光路结构，所述生物传感器包括能够与生物标志物反应并将生物标志物吸收的反应体，所述反应池内设置有反应腔，所述反应腔能够连通外部的人体呼出气体气源，所述生物传感器装设在反应腔处且反应体被封装在反应腔内，所述光路结构能够产生光束射入反应腔内并经过反应体后射出反应池形成反应体的吸收光谱。
具体的，所述生物传感器还包括基体，所述反应体固定安装在基体上，所述反应腔在反应池形成有与外部连通的入口，所述反应体自入口处伸入反应腔内，所述基体封盖在反应池的入口上将反应体封闭在反应腔内。
优选的，所述反应体呈片状结构，所述基体上间隔地安装有多个反应体。
进一步的，所述反应体立在基体上，所述多个反应体相互平行，所述光路结构射入反应腔的光束依次穿过多个反应体后射出反应池。
具体的，所述反应池上具有入射端面、出射端面、第一反射面和第二反射面，所述入射端面接受所述光路结构产生的光束并将光束引导射在第一反射面上，所述第一反射面将光束反射至反应腔内的反应体上，光束穿过反应体射在第二反射面上，所述第二反射面将光束反射至出射端面，所述光束经出射端面射出反应池。
具体的，所述入射端面和出射端面均在反应池上形成透镜结构。
具体的，所述光路结构包括能够产生光束的光源、第一准直透镜、第一聚焦透镜、第二准直透镜、第二聚焦透镜、狭缝、第三准直透镜、光栅、第三聚焦透镜和光电探测器，所述光源产生的光束依次经第一准直透镜和第一聚焦透镜射入反应池的入射端面，自反应池的出射端面出射的光束依次经第二准直透镜和第二聚焦透镜聚焦在狭缝处，自狭缝出射的光束经第三准直透镜到达光栅处，所述光束在光栅处衍射并经第三聚焦透镜成像在光电探测器上获得反应体的吸收光谱。
进一步的，所述第一准直透镜的光轴、第一聚焦透镜的光轴和反应池的入射端面的光轴重合。
进一步的，所述第二准直透镜的光轴、第二聚焦透镜的光轴和反应池的出射端面的光轴重合。
优选的，所述反应体包括载体和细胞色素C，所述载体为气溶胶，所述细胞色素C分布在气溶胶内形成纳米结构的反应体。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置采用生物传感器的反应体与人体呼出的气体中的生物标志物反应并通过能够对反应体进行光谱分析的光路结构检测吸收生物标志物后的反应体，快速、准确地检测出人体呼出气体的生物标志物的含量，灵敏度、可靠性高。
附图说明
图1为本发明智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置的光路结构示意图；
图2为生物传感器的结构示意图；
图3为反应池的结构示意图；
其中：1、光源；2、第一准直透镜；3、第一聚焦透镜；4、第二准直透镜；5、第二聚焦透镜；6、狭缝；7、第三准直透镜；8、光栅；9、第三聚焦透镜；10、光电探测器；100、反应池；101、反应腔；102、入射端面；103、出射端面；104、第一反射面；105、第二反射面；200、生物传感器；201、反应体；202、基体。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明所述的一种智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，用于检测人体呼出气体中的生物标志物的含量。智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置包括反应池100、生物传感器200和光谱分析的光路结构。
本文中所述的生物标志物是指人体呼出气体中的化合物，临床上普遍公认并用于诊断疾病的标志物。比如一氧化氮、一氧化碳、氢气、甲烷、氨气、醛和硫化物等人体呼出的化合物或呼气分子。
所述生物传感器200包括能够与生物标志物反应并将生物标志物吸收的反应体201和基体202。所述反应体201呈片状结构，所述基体202上间隔地安装有多个反应体201。所述反应体201立在基体202上，所述多个反应体201相互平行且隔离。本实施例的反应体201包括载体和细胞色素C。所述载体为气溶胶，气溶胶通过溶胶凝胶法制成，所述细胞色素C分布在气溶胶内形成纳米结构的反应体201。为了控制反应体201的厚度，通过开模形成容纳反应体201的容腔，在容腔内让气溶胶和细胞色素C定型，反应体201的厚度控制在1mm以下。
所述反应池100内设置有反应腔101，所述反应腔101能够连通外部的人体呼出气体气源。即能够将外部采集的人体呼出气体的样本导入反应腔101中。所述生物传感器200装设在反应腔101处且反应体201被封装在反应腔101内。具体的说，所述反应腔101在反应池100形成有与外部连通的入口，所述反应体201自入口处伸入反应腔101内，所述基体202封盖在反应池100的入口上将反应体201封闭在反应腔101内。这样，人体呼出气体中的生物标志物能够充分与反应体201中的细胞色素C反应将生物标志物吸收在反应体201内。
所述反应池100为能够让光束穿过的透明体。所述反应池100上具有入射端面102、出射端面103、第一反射面104和第二反射面105。第一反射面104和第二反射面105分设反应腔101的两侧。所述入射端面102和出射端面103均在反应池100上形成透镜结构。
所述光路结构包括能够产生光束的光源1、第一准直透镜2、第一聚焦透镜3、第二准直透镜4、第二聚焦透镜5、狭缝6、第三准直透镜7、光栅8、第三聚焦透镜9和光电探测器10。所述第一准直透镜2的光轴、第一聚焦透镜3的光轴和反应池100的入射端面102的光轴重合。所述第二准直透镜4的光轴、第二聚焦透镜5的光轴和反应池100的出射端面103的光轴重合。
所述光源1产生的复色光的光束依次经第一准直透镜2分成多束平行光，再经第一聚焦透镜3聚焦后射入反应池100的入射端面102。所述入射端面102将光束引导设在第一反射面104上。所述第一反射面104将光束反射至反应腔101内的反应体201上。光束依次穿过相互平行的多层反应体201射在第二反射面105上。所述第二反射面105将光束反射至出射端面103，所述光束经出射端面103射出反应池100。自反应池100的出射端面103出射的光束依次经第二准直透镜4和第二聚焦透镜5聚焦在狭缝6处，自狭缝6出射的光束经第三准直透镜7到达光栅8处。所述光束在光栅8处衍射并经第三聚焦透镜9成像在光电探测器10上获得生物传感器200的反应体201的吸收光谱。
通过比较未吸收生物标志物之前的反应体201的光谱和吸收生物标志物后的反应体201的吸收光谱，能够获得人体呼出气体中的生物标志物的含量。准确度、精度均非常高。
生物传感器中反应体201的片状结构使反应体201的厚度小，能够快速与生物标志物反应。同时光的吸收系数与光经过的反应体201的厚度相关，光经过的厚度越厚越能保证光被吸收的充分性，多层反应体201间隔设置能够保证光经过的反应体201的厚度，还能够充分、完全地将人体呼出气体的样品中的生物标志物吸收。保证检测结果的灵敏度和可靠性。
如上所述，我们完全按照本发明的宗旨进行了说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。

Claims (10)

1.智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置用于检测人体呼出气体中生物标志物的含量，其特征在于：包括反应池（100）、生物传感器（200）和光谱分析的光路结构，所述生物传感器（200）包括能够与生物标志物反应并将生物标志物吸收的反应体（201），所述反应池（100）内设置有反应腔（101），所述反应腔（101）能够连通外部的人体呼出气体气源，所述生物传感器（200）装设在反应腔（101）处且反应体（201）被封装在反应腔（101）内，所述光路结构能够产生光束射入反应腔（101）内并经过反应体（201）后射出反应池（100）形成反应体（201）的吸收光谱。
2.根据权利要求1所述的一种智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述生物传感器（200）还包括基体（202），所述反应体（201）固定安装在基体（202）上，所述反应腔（101）在反应池（100）形成有与外部连通的入口，所述反应体（201）自入口处伸入反应腔（101）内，所述基体（202）封盖在反应池（100）的入口上将反应体（201）封闭在反应腔（101）内。
3.根据权利要求2所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述反应体（201）呈片状结构，所述基体（202）上间隔地安装有多个反应体（201）。
4.根据权利要求3所述的一种智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述反应体（201）立在基体（202）上，所述多个反应体（201）相互平行，所述光路结构射入反应腔（101）的光束依次穿过多个反应体（201）后射出反应池（100）。
5.根据权利要求1所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述反应池（100）上具有入射端面（102）、出射端面（103）、第一反射面（104）和第二反射面（105），所述入射端面（102）接受所述光路结构产生的光束并将光束引导射在第一反射面（104）上，所述第一反射面（104）将光束反射至反应腔（101）内的反应体（201）上，光束穿过反应体（201）射在第二反射面（105）上，所述第二反射面（105）将光束反射至出射端面（103），所述光束经出射端面（103）射出反应池（100）。
6.根据权利要求5所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述入射端面（102）和出射端面（103）均在反应池（100）上形成透镜结构。
7.根据权利要求6所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述光路结构包括能够产生光束的光源（1）、第一准直透镜（2）、第一聚焦透镜（3）、第二准直透镜（4）、第二聚焦透镜（5）、狭缝（6）、第三准直透镜（7）、光栅（8）、第三聚焦透镜（9）和光电探测器（10），所述光源（1）产生的光束依次经第一准直透镜（2）和第一聚焦透镜（3）射入反应池（100）的入射端面（102），自反应池（100）的出射端面（103）出射的光束依次经第二准直透镜（4）和第二聚焦透镜（5）聚焦在狭缝（6）处，自狭缝（6）出射的光束经第三准直透镜（7）到达光栅（8）处，所述光束在光栅（8）处衍射并经第三聚焦透镜（9）成像在光电探测器（10）上获得反应体（201）的吸收光谱。
8.根据权利要求7所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述第一准直透镜（2）的光轴、第一聚焦透镜（3）的光轴和反应池（100）的入射端面（102）的光轴重合。
9.根据权利要求7所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述第二准直透镜（4）的光轴、第二聚焦透镜（5）的光轴和反应池（100）的出射端面（103）的光轴重合。
10.根据权利要求1所述的智能呼气分子诊断系统的透射式光学检测装置，其特征在于：所述反应体（201）包括载体和细胞色素C，所述载体为气溶胶，所述细胞色素C分布在气溶胶内形成纳米结构的反应体（201）。
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