CN113116348B - 一种连续动脉血液检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续动脉血液检测装置，包括检测芯片、抗凝流路、标准液流路、采血针和废液池，所述连续动脉血液检测装置，基于微流控技术，通过采血针将芯片与动脉相连，在动脉压的驱动下，利用微流控芯片实现微量血液的采集、动脉血液参数测量、无凝结传输、传感器校准和降低失血量；将动脉血液采集、动脉血液检测、降低失血量在微流控芯片上进行一体化集成，并且还搭配芯片外的抗凝流路、标准液流路，在对血液生理参数进行检测的同时，还能够实现抗凝剂输注、传感器校准，不仅满足了对动脉血液生理参数的测量要求，还充分考虑到了芯片在临床使用的过程中可能面临的问题，能够在对系统改动最小的情况下，保证芯片的使用效果。
Description
技术领域
本发明涉及血液检测技术领域，尤其是一种连续动脉血液检测装置。
背景技术
在临床上，为了确定酸碱平衡、氧合作用和确立呼吸衰竭的严重程度并指导治疗，必须要做的一项检查就是测量动脉血气。血气参数包括血液的酸碱度、气体分压及离子浓度各项指标，具体包含血液的pH值、pCO2、pO2、cNa+、cK+、cCa2+等参数。血气分析指的是通过应用血气分析仪，通过测定人体血液中的H+浓度和溶解在血液中的气体，来了解人体呼吸功能与酸碱平衡状态的一种手段。
50年代末，丹麦的Poul Astrup研制出第一台血气分析仪，五十多年来，血气分析技术一直在急性呼吸衰竭诊疗、外科手术、抢救与监护过程中发挥着至关重要的作用。随着科学技术的迅猛发展，血气分析仪的各项性能也得到极大的提高。根据血气分析的时代特点，大致可将其分为四个发展阶段：50年代末至60年代，这一时期血气分析仪发展和应用起步不久，仪器处于手动时代，结构笨重(100kg)，所需样品量大(约为2mL)，可测定值较少，有pH、PCO2、PO2。以丹麦Radiometer公司的AME-1型为代表。70年代至80年代，计算机和电子技术的应用推动血气分析仪进入全自动时代，仪器结构得到改进，重量降至30kg左右，所需样品量降至几百—几十微升，可测量和计算的参数不断增多。各公司生产的仪器均实现了自动定标、自动进样、自动清洗、自动检测仪器故障和电极状态，并自动报警，电极的使用寿命和稳定性不断提高，仪器的预热和测量时间也逐步缩短。丹麦Radiometer公司的ABL系列、美国IL公司的1300系列、瑞士AVL公司的AVL系列、美国CORING的16、17系列都属于该类产品。90年代以来，计算机技术进一步渗透到血气分析领域，先进的界面帮助模式、图标模式使操作更为直观，许多厂家把血气和电解质等分析结合在一起，生产出了血气电解质分析仪。软件和硬件的进步使现代血气分析仪能够实现数据处理、维护、贮存和专家诊断一体化的功能。
近些年来，及时检测(POCT)越来越受到重视，血气分析仪也朝着便携式、免维护、易操作的方向发展。现有的血气、电解质检测仪器以雅培公司的i-STAT系列便携式临床血液分析仪为代表，该仪器采用插卡式检测方法，无需分离血浆或血清，三分钟就可以获得全血的检测结果，具有快速、简便、免保养的特点。该仪器根据不同的测试项目需求选择相应的卡片，可以完成血气、生化、凝血、心肌标志物等测试。
目前临床上的血气分析需要间断采样后送入分析仪或实验室进行检测。这种检测方式属于单点检测，抽取一次血液，使用一块测试卡片，只能获得一个时间点的一类血液生理状态信息。检测结果滞后，无法反应患者血液生理状态的连续实时变化信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种连续动脉血液检测装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种连续动脉血液检测装置，包括检测芯片、抗凝流路、标准液流路、采血针和废液池，其中，
所述检测芯片包括开关阀、传感腔/检测窗口(所述传感腔/检测窗口指的是能够搭载传感器的腔室、窗口)和流阻调节结构，所述开关阀、传感腔/检测窗口和流阻调节结构依次连接形成主流路；
所述抗凝流路由抗凝试剂瓶、第一单向阀、第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池(即图1中抗凝试剂池/第一薄膜压杆按钮)和第二单向阀构成，所述抗凝流路设置在检测芯片外，所述抗凝试剂瓶通过管路依次与第一单向阀、设有第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池、第二单向阀相连共同构成抗凝流路，抗凝流路由第二单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第一薄膜压杆按钮与第一单向阀和第二单向阀配合工作，当第一薄膜压杆按钮下压时，抗凝试剂池中的抗凝剂通过第二单向阀进入微流控芯片主流路，一方面通过开关阀封堵动脉，防止动脉堵塞，另一方面将传感腔/检测窗口和流阻调节结构中的血液推入废液池，防止血液滞留导致微流控芯片堵塞；当第一薄膜压杆按钮向上提拉时，抗凝试剂瓶中的抗凝剂通过第一单向阀进入抗凝试剂池，为下一次抗凝过程做准备；
所述标准液流路由标准液试剂瓶、第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池(即图1中标准液池/第二薄膜压杆按钮)和第四单向阀构成，所述标准液流路设置在检测芯片外，所述标准液试剂瓶通过管路依次与第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池、第四单向阀相连共同构成标准液流路，标准液流路由第四单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第二薄膜压杆按钮与第三单向阀和第四单向阀配合工作，在开关阀处于关闭状态的情况下，当第二薄膜压杆按钮下压时，标准液池中的标准液通过第四单向阀进入微流控芯片主流路，充满传感腔，为校准传感器提供标准液；当第二薄膜压杆按钮向上提拉时，标准液瓶中的标准液通过第三单向阀进入标准液池，为下一次校准过程做准备，在传感腔/检测窗口的传感器连续使用较长时间之后，标准液流路能够保证在不破坏芯片、不拆卸传感器的情况下，实现对传感器的校准，不但保证测量的精度，还体现了芯片设计的系统性与整体性；
所述采血针一侧通过管路连接开关阀、进而与微流控芯片的主流路相连，采血针另一侧为用于与人体动脉相连的针头，能够针对不同的测量需求，在连续测量与非连续测量之间进行切换，在连续测量过程中，通过采血针将检测芯片与人体动脉相连，在动脉压的驱动下，血液不断流入微流控芯片，实现连续测量；当测量结束时，将抗凝流路打开，确保抗凝剂流入动脉及微流控芯片主流路中之后，关闭检测芯片的开关阀，芯片停止工作；需要再次开始测量时，将开关阀打开，在动脉压的驱动下，血液将检测芯片中残留的血液、抗凝剂混合物推出芯片，待混合物全部推出芯片之后，血液再次充满传感腔，开启对动脉血液生理参数的连续测量；
所述废液池通过管路与流阻调节结构连通。
上述抗凝过程中，抗凝试剂可以选择肝素、水蛭素等。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，所述开关阀包括按钮、弹簧、限位结构、活塞和活塞通道，所述活塞通道与所述检测芯片的主流路垂直设置并连通，所述活塞置于该活塞通道内部，所述限位结构设置于该活塞通道外部，所述按钮通过弹簧与活塞固定连接，所述弹簧设置于所述限位结构上方，所述按钮与限位结构活动连接、可自由分开或相互固定。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，所述开关阀的按钮下边缘内侧设有三角结构的第一凸起，所述限位机构外缘设有三角结构的第二凸起，所述第一凸起和第二凸起相互配合实现自锁限位。所述开关阀设置在微流控芯片的主流路上，用来实现整个芯片的通断，在微流控芯片主流路上方设置有用于活塞进出的活塞通道，在通道上设置限位结构，并加装弹簧。当需要阻断主流路时，按下并旋转按钮，按钮边缘的三角结构与限位结构实现自锁，活塞进入主流路并阻断主流路内的血液流通。另外，在按下按钮的时候，将压缩按钮与限位结构之间的弹簧，弹簧发生形变；当需要开启主流路时，旋转按钮，解开按钮边缘与限位结构之间的自锁结构，在弹簧的作用下，推动按钮带动活塞离开主流路，主流路打开，通过开关阀中的自锁结构和弹簧实现对主流路的开启与阻断。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，所述传感腔/检测窗口的主要部件为系统集成的电化学传感器和/或光学传感器，达到对动脉血液中血气、电解质、酸碱度、生化、凝血、心肌标志物等参数的连续实时检测的目的，该传感腔/检测窗口除了可以搭载电化学传感器和/或光学传感器之外，还可以搭载其他传感器，例如酶传感器、免疫传感器等生物传感器。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，所述流阻调节结构为蛇形结构的管路，在检测芯片的主流路上，在传感器腔/检测窗口之后将主流路设置为弯曲的蛇形结构，在连续微量采血的过程中，通过设置流阻调节结构可以增大微流控芯片通道的流阻，从而降低患者的失血量，减弱连续采血这一过程带给患者的影响。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，所述第一薄膜压杆按钮和第二薄膜压杆按钮均由按钮外壳、拉杆手持结构及置于按钮外壳内的拉杆、上限位结构、下限位结构、位置元件、压杆、薄膜、腔室、进样通道和出样通道组成，所述上限位结构和下限位结构平行设置并于所述按钮外壳内壁固定连接，所述拉杆置于按钮外壳内部并与上限位结构、下限位结构垂直设置，所述拉杆手持结构固定于拉杆顶端，所述拉杆底端与压杆固定连接，所述拉杆中部设有位置元件，所述位置元件位于上限位结构和下限位结构之间，所述腔室置于下限位结构下方，所述薄膜设置在腔室顶部、并与压杆相连，所述进样通道与出样通道设置在腔室的侧壁上并与外部管路连通，所述薄膜压杆按钮使用过程中，当用户拉动/按下手持结构时，位置元件在上限位结构、下限位结构之间移动，带动压杆移动，接着带动腔室薄膜产生位置变化，腔室内气压随之改变，达到进液/出液的目的。
优选的，上述连续动脉血液检测装置，对微流控芯片的通道进行表面修饰，有效防止血液粘附、微管路堵塞。例如，可以利用惰性聚合物PEGMA与生物活性分子REDV协同作用的表面构建方法，对微流控芯片的通道进行表面修饰，具体方法为：利用SI-ATRP技术在玻璃基材表面构建PEGMA-GMA二元嵌段共聚物刷，并通过GMA末端环氧基与氨基的开环反应固定REDV活性多肽，该涂层具有良好的血液相容性；PEG可以阻抗非特异性吸附，包括血小板和细胞的黏附；在PEG阻抗的基础上，REDV作为一种活性多肽，可以特异性地促进内皮细胞的黏附和增殖，从而实现表面的内皮化。
有益效果：
上述连续动脉血液检测装置，基于微流控技术，通过采血针将芯片与动脉相连，在动脉压的驱动下，利用微流控芯片实现微量血液的采集、动脉血液参数测量、无凝结传输、传感器校准和降低失血量；将动脉血液采集、动脉血液检测、降低失血量在微流控芯片上进行一体化集成，并且还搭配芯片外的抗凝流路、标准液流路，在对血液生理参数进行检测的同时，还能够实现抗凝剂输注、传感器校准，不仅满足了对动脉血液生理参数的测量要求，还充分考虑到了芯片在临床使用的过程中可能面临的问题，能够在对系统改动最小的情况下，保证芯片的使用效果；所述检测装置提出了一种利用动脉压、微流控芯片、电化学传感器实现微量动脉血液采样、抗凝输运、动脉血液参数检测的新方法，这种微量采血、动脉血液检测的新型途径，使得动脉血液参数的实时、连续检测首次成为了可能。在今后对芯片的优化过程中，可以将抗凝流路、标准液流路也集成于微流控芯片中，芯片在实现功能的同时，无需搭载其他外部流路，使检测芯片继续向集成化、微型化的方向发展。
附图说明
图1是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的总体框图；
图2是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的微流控芯片主流路开关阀示意图；
图3是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的微流控芯片主流路开关阀三视图；
图4是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的抗凝流路示意图；
图5是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的传感器校准流路示意图；
图6是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的薄膜压杆按钮、试剂池示意图及俯视图；
图7是本发明的基于微流控技术的连续动脉血液检测装置的流阻调节流路示意图。
图中：1-1：按钮，1-2：弹簧，1-3：限位结构，
1-4：活塞，1-5微流控芯片主流路；
2-1：拉杆手持结构，2-2：拉杆，2-3：上限位结构，2-4：位置元件，
2-5：下限位结构，2-6：压杆，2-7：薄膜，2-8：进样通道，
2-9：腔室，2-10：出样通道
具体实施方式
实施例1
如图1-7所示，所述连续动脉血液检测装置，包括检测芯片、抗凝流路、标准液流路、采血针和废液池，其中，
所述检测芯片包括开关阀、传感腔/检测窗口(所述传感腔/检测窗口指的是能够搭载传感器的腔室、窗口)和流阻调节结构，所述开关阀、传感腔/检测窗口和流阻调节结构依次连接形成主流路(降低失血量流路)；所述开关阀包括按钮1-1、弹簧1-2、限位结构1-3、活塞1-4和活塞通道，所述活塞通道与所述检测芯片的微流控芯片主流路1-5垂直设置并连通，所述活塞置于该活塞通道内部，所述限位结构设置于该活塞通道外部，所述按钮通过弹簧与活塞固定连接，所述弹簧设置于所述限位结构上方，所述按钮与限位结构活动连接、可自由分开或相互固定，所述开关阀的按钮下边缘内侧设有三角结构的第一凸起，所述限位机构外缘设有三角结构的第二凸起，所述第一凸起和第二凸起相互配合实现自锁限位；所述开关阀设置在微流控芯片的主流路上，用来实现整个芯片的通断，在微流控芯片主流路上方设置有用于活塞进出的活塞通道，在通道上设置限位结构，并加装弹簧；当需要阻断主流路时，按下并旋转按钮，按钮边缘的三角结构与限位结构实现自锁，活塞进入主流路并阻断主流路内的血液流通。另外，在按下按钮的时候，将压缩按钮与限位结构之间的弹簧，弹簧发生形变；当需要开启主流路时，旋转按钮，解开按钮边缘与限位结构之间的自锁结构，在弹簧的作用下，推动按钮带动活塞离开主流路，主流路打开，通过开关阀中的自锁结构和弹簧实现对主流路的开启与阻断；所述传感腔/检测窗口的主要部件为系统集成的电化学传感器和/或光学传感器，达到对动脉血液中血气、电解质、酸碱度、生化、凝血、心肌标志物等参数的连续实时检测的目的，该传感腔/检测窗口除了可以搭载电化学传感器和/或光学传感器之外，还可以搭载其他传感器，例如酶传感器、免疫传感器等生物传感器，例如可以配合美国雅培公司的i-STAT CG8+测试片、i-STAT EG7+测试片、i-STAT 6+测试片或西门子epoc BGEM血气分析检测卡等；所述流阻调节结构为蛇形结构的管路，在检测芯片的主流路上，在传感器腔/检测窗口之后将主流路设置为弯曲的蛇形结构，在连续微量采血的过程中，通过设置流阻调节结构可以增大微流控芯片通道的流阻，从而降低患者的失血量，减弱连续采血这一过程带给患者的影响；
所述抗凝流路由抗凝试剂瓶、第一单向阀、第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池(即图1中抗凝试剂池/第一薄膜压杆按钮)和第二单向阀构成，所述抗凝流路设置在检测芯片外，所述抗凝试剂瓶通过管路依次与第一单向阀、设有第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池、第二单向阀相连共同构成抗凝流路，抗凝流路由第二单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第一薄膜压杆按钮与第一单向阀和第二单向阀配合工作，当第一薄膜压杆按钮下压时，抗凝试剂池中的抗凝剂通过第二单向阀进入微流控芯片主流路，一方面通过开关阀封堵动脉，防止动脉堵塞，另一方面将传感腔/检测窗口和流阻调节结构中的血液推入废液池，防止血液滞留导致微流控芯片堵塞；当第一薄膜压杆按钮向上提拉时，抗凝试剂瓶中的抗凝剂通过第一单向阀进入抗凝试剂池，为下一次抗凝过程做准备；
所述标准液流路由标准液试剂瓶、第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池(即图1中标准液池/第二薄膜压杆按钮)和第四单向阀构成，所述标准液流路设置在检测芯片外，所述标准液试剂瓶通过管路依次与第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池、第四单向阀相连共同构成标准液流路，标准液流路由第四单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第二薄膜压杆按钮与第三单向阀和第四单向阀配合工作，在开关阀处于关闭状态的情况下，当第二薄膜压杆按钮下压时，标准液池中的标准液通过第四单向阀进入微流控芯片主流路，充满传感腔，为校准传感器提供标准液；当第二薄膜压杆按钮向上提拉时，标准液瓶中的标准液通过第三单向阀进入标准液池，为下一次校准过程做准备，在传感腔/检测窗口的传感器连续使用较长时间之后，标准液流路能够保证在不破坏芯片、不拆卸传感器的情况下，实现对传感器的校准，不但保证测量的精度，还体现了芯片设计的系统性与整体性；
上述第一薄膜压杆按钮和第二薄膜压杆按钮均由按钮外壳、拉杆手持结构2-1及置于按钮外壳内的拉杆2-2、上限位结构2-3、下限位结构2-5、位置元件2-4、压杆2-6、薄膜2-7、腔室2-9、进样通道2-8和出样通道2-10组成，所述上限位结构和下限位结构平行设置并于所述按钮外壳内壁固定连接，所述拉杆置于按钮外壳内部并与上限位结构、下限位结构垂直设置，所述拉杆手持结构固定于拉杆顶端，所述拉杆底端与压杆固定连接，所述拉杆中部设有位置元件，所述位置元件位于上限位结构和下限位结构之间，所述腔室置于下限位结构下方，所述薄膜设置在腔室顶部、并与压杆相连，所述进样通道与出样通道设置在腔室的侧壁上并与外部管路连通，所述薄膜压杆按钮使用过程中，当用户拉动/按下手持结构时，位置元件在上限位结构、下限位结构之间移动，带动压杆移动，接着带动腔室薄膜产生位置变化，腔室内气压随之改变，达到进液/出液的目的；
所述采血针一侧通过管路连接开关阀、进而与微流控芯片的主流路相连，采血针另一侧为用于与人体动脉相连的针头，能够针对不同的测量需求，在连续测量与非连续测量之间进行切换，在连续测量过程中，通过采血针将检测芯片与人体动脉相连，在动脉压的驱动下，血液不断流入微流控芯片，实现连续测量；当测量结束时，将抗凝流路打开，确保抗凝剂流入动脉及微流控芯片主流路中之后，关闭检测芯片的开关阀，芯片停止工作；需要再次开始测量时，将开关阀打开，在动脉压的驱动下，血液将检测芯片中残留的血液、抗凝剂混合物推出芯片，待混合物全部推出芯片之后，血液再次充满传感腔，开启对动脉血液生理参数的连续测量；
所述废液池通过管路与流阻调节结构连通。
上述抗凝过程中，抗凝试剂可以选择肝素、水蛭素等。上述对微流控芯片的通道进行表面修饰，有效防止血液粘附、微管路堵塞。例如，可以利用惰性聚合物PEGMA与生物活性分子REDV协同作用的表面构建方法，对微流控芯片的通道进行表面修饰，具体方法为：利用SI-ATRP技术在玻璃基材表面构建PEGMA-GMA二元嵌段共聚物刷，并通过GMA末端环氧基与氨基的开环反应固定REDV活性多肽，该涂层具有良好的血液相容性；PEG可以阻抗非特异性吸附，包括血小板和细胞的黏附；在PEG阻抗的基础上，REDV作为一种活性多肽，可以特异性地促进内皮细胞的黏附和增殖，从而实现表面的内皮化。
上述连续动脉血液检测装置，基于微流控技术，实现对动脉血液各项生理参数的高精度测量的同时在动脉压的驱动下利用微流控芯片实现微量血液采集、无凝结传输、传感器校准、降低失血量等功能；微流控芯片还提供了传感腔或者检测窗口，可以搭载电化学传感器或者光学传感器等生物传感器，实现动脉血液中血气、电解质、酸碱度、生化、凝血、心肌标志物等参数的同步检测。其中，
如图1所示，微流控芯片通过采血针与人体动脉相连。在动脉压的驱动下，血液不断流入微流控芯片，流经传感腔或者检测窗口时，传感器针对流经的血液进行测量。血液流过传感腔或者检测窗口后，流入流阻调节结构，再流出微流控芯片，到达废液瓶。通过在微流控主流路上设置开关阀来实现整个芯片的通断，如图2、图3所示，当需要阻断主流路时，按下并旋转按钮，按钮边缘的三角结构与限位结构实现自锁，活塞进入主流路并阻断主流路内的血液流通。另外，在按下按钮的时候，将压缩按钮与限位结构之间的弹簧，弹簧发生形变。当需要开启主流路时，旋转按钮，解开按钮边缘与限位结构之间的自锁结构，在弹簧的作用下，推动按钮带动活塞离开主流路，主流路打开。通过开关阀中的自锁结构和弹簧实现对主流路的开启与阻断。所述检测装置能够针对不同的测量需求，在连续测量与非连续测量之间进行切换。在连续测量结束之后、下一次连续测量之前，为了防止动脉凝结、通道堵塞，在芯片外设置了抗凝流路，如图4所示。在连续测量结束之后，向上提拉薄膜压杆按钮1的拉杆手持结构到上限位结构，如图6所示，此时拉杆带动压杆产生位移，薄膜随之向上移动，腔室体积变大，由于单向阀2的存在，出样通道封闭，此时抗凝试剂池相对抗凝试剂瓶处于负压的状态。抗凝剂会经过单向阀1流入抗凝试剂池。在抗凝剂流入抗凝试剂池之后，再按下薄膜压杆按钮1到下限位结构，此时拉杆带动压杆产生位移，薄膜随之向下移动，腔室体积减小，由于单向阀1的存在，进样通道封闭，抗凝试剂池相对微流控芯片主流路处于正压的状态。抗凝剂经过单向阀2流入微流控芯片的主流路中。一部分流向人体动脉，一部分流向芯片的后续通道。一方面通过开关阀封堵动脉，防止动脉堵塞，另一方面将传感腔/检测窗口和流阻调节结构中的血液推入废液池，防止血液滞留导致微流控芯片堵塞。所述检测装置包含的传感腔或者检测窗口，可以与电化学传感器或者光学传感器实现系统集成。在传感器连续使用较长时间之后，可能会出现灵敏度下降的情况，为了保证测量精度，需要定期对传感器进行校准。如果使用传统的校准方法，首先设计并搭建与之匹配的校准流路，将传感器从检测芯片取出，安装在校准流路中，通入标准液，观察传感器的示数是否与标准液浓度匹配，对传感器进行调整，调整结束之后，再将传感器从标准流路中拆卸下来，安装回检测芯片中。整个过程操作步骤多、影响因素复杂、费时费力。本申请所述检测装置在芯片外设置了标准液流路，如图5所示，其原理与抗凝流路类似，通过薄膜压杆按钮2与单向阀3和单向阀4配合工作，在不进行测量、对传感器进行校准的过程中，首先关闭微流控芯片主流路上的开关阀，当提拉薄膜压杆按钮2时，由于按钮腔室的体积变化，导致标准液池压强发生改变，标准液由标准液瓶通过单向阀3流入标准液池；当按下薄膜压杆按钮2时，标准液池的压强再次变化，标准液池中的标准液通过单向阀4流入微流控芯片主流路，参照标准液的浓度对传感器进行校准；标准液流路能够保证在不破坏芯片、不拆卸传感器的情况下，实现对传感器的校准，不但保证了测量的精度，还体现了芯片设计的系统性与整体性。
所述检测装置通过采血针与人体动脉相连，动脉血液经过检测芯片的主通路流入传感腔或者检测窗口，通过芯片搭载的电化学传感器或者光学传感器进行检测。与传统的血液检测仪器相比，实现微量检测是微流控技术的一大优势。在连续检测的过程中，如果患者失血过多，会导致身体出现供氧不足、贫血、血压降低甚至休克的状况，这种状况在危重患者中更容易发生。所以在保证采血量能够满足传感器检测需求的同时，需要尽量降低患者的失血量，所述检测装置的检测芯片设置了流阻调节结构，根据泊肃叶定律，可知在圆形通道中流量、流阻与压强之间的关系：
其中，Q为通道内流体的流量，△P为通道中的压强差，R为通道的流阻。可以看出在压强一定的情况下，液体的流量与通道的流阻呈反比关系，如果要达到降低失血量的目的，就需要降低芯片内血液的流量，所以需要增加芯片的流阻。在矩形通道中流阻与通道尺寸、流体特性之间的关系：
其中，η为流体的粘滞系数，L为通道长度，h为通道的深度，w是通道的宽度，可以看出，在流体特性、通道截面不变的情况下，通过增大通道的长度，可以增大通道的流阻；在通道长度不变的情况下，通过减小通道的深度和宽度，也可以增大通道的流阻。在本申请中，为了节省空间，将流阻调节结构设计为蛇形，如图7所示。这种蛇形的流阻调节结构能够在有限的空间内，达到降低患者失血量的目的。
所述检测装置通过微流控芯片上的传感腔或者检测窗口搭载不同种类的传感器，可以实现对人体动脉血液各项生理参数的检测。例如，可以搭载电化学传感器，利用电极之间电信号的变化来实现对血液的检测；还可以搭载光学传感器，利用光学信号的变化来实现对血液的检测；根据不同的测量要求、检测范围，对动脉血液各项生理参数实现针对性强、精度高的检测。
综上，上述检测装置能够提供患者动脉血液各项生理参数的实时信息，实现全自动动脉血液连续分析。设置的抗凝流路、标准液流路和降低失血量流路，在连续检测动脉血液生理参数的过程中，还能够实现降低失血量、防止动脉及芯片堵塞、传感器校准等各项功能。采血针将芯片与人体动脉相连，利用动脉压驱动微流控芯片进行连续微量采血，微流控芯片通过搭载电化学传感器或者光学传感器，能够实现对动脉血液中血气、电解质、酸碱度、生化、凝血、心肌标志物等参数的连续实时检测，从而利用微流控技术实现抗凝处理、传感器校准、降低失血量，并为电化学传感器或者光学传感器的测量提供传感腔或者检测窗口；结合电化学传感器阵列或者光学传感器，可以实现动脉血液中血气、电解质、酸碱度、生化、凝血、心肌标志物等参数的同步连续检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种连续动脉血液检测装置，其特征在于：包括检测芯片、抗凝流路、标准液流路、采血针和废液池，其中，
所述检测芯片包括开关阀、传感腔/检测窗口和流阻调节结构，所述开关阀、传感腔/检测窗口和流阻调节结构依次连接形成主流路；
所述抗凝流路由抗凝试剂瓶、第一单向阀、设有第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池和第二单向阀构成，所述抗凝流路设置在检测芯片外，所述抗凝试剂瓶通过管路依次与第一单向阀、设有第一薄膜压杆按钮的抗凝试剂池、第二单向阀相连共同构成抗凝流路，抗凝流路由第二单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第一薄膜压杆按钮与第一单向阀和第二单向阀配合工作，当第一薄膜压杆按钮下压时，抗凝试剂池中的抗凝剂通过第二单向阀进入微流控芯片主流路；当第一薄膜压杆按钮向上提拉时，抗凝试剂瓶中的抗凝剂通过第一单向阀进入抗凝试剂池；
所述标准液流路由标准液试剂瓶、第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池和第四单向阀构成，所述标准液流路设置在检测芯片外，所述标准液试剂瓶通过管路依次与第三单向阀、设有第二薄膜压杆按钮的标准液池、第四单向阀相连共同构成标准液流路，标准液流路由第四单向阀端通过管路与微流控芯片上开关阀和传感腔/检测窗口之间的主流路相连；所述第二薄膜压杆按钮与第三单向阀和第四单向阀配合工作，在开关阀处于关闭状态的情况下，当第二薄膜压杆按钮下压时，标准液池中的标准液通过第四单向阀进入微流控芯片主流路，充满传感腔；当第二薄膜压杆按钮向上提拉时，标准液瓶中的标准液通过第三单向阀进入标准液池；
所述采血针一侧通过管路连接开关阀、进而与微流控芯片的主流路相连，采血针另一侧为用于与人体动脉相连的针头；
所述废液池通过管路与流阻调节结构连通。
2.根据权利要求1所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述开关阀包括按钮、弹簧、限位结构、活塞和活塞通道，所述活塞通道与所述检测芯片的主流路垂直设置并连通，所述活塞置于该活塞通道内部，所述限位结构设置于该活塞通道外部，所述按钮通过弹簧与活塞固定连接，所述弹簧设置于所述限位结构上方，所述按钮与限位结构活动连接、可自由分开或相互固定。
3.根据权利要求2所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述开关阀的按钮下边缘内侧设有三角结构的第一凸起，所述限位结构外缘设有三角结构的第二凸起，所述第一凸起和第二凸起相互配合实现自锁限位。
4.根据权利要求1所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述传感腔/检测窗口的主要部件为系统集成的电化学传感器和/或光学传感器。
5.根据权利要求1所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述流阻调节结构为蛇形结构的管路。
6.根据权利要求1所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述第一薄膜压杆按钮和第二薄膜压杆按钮均由按钮外壳、拉杆手持结构及置于按钮外壳内的拉杆、上限位结构、下限位结构、位置元件、压杆、薄膜、腔室、进样通道和出样通道组成，所述上限位结构和下限位结构平行设置并与所述按钮外壳内壁固定连接，所述拉杆置于按钮外壳内部并与上限位结构、下限位结构垂直设置，所述拉杆手持结构固定于拉杆顶端，所述拉杆底端与压杆固定连接，所述拉杆中部设有位置元件，所述位置元件位于上限位结构和下限位结构之间，所述腔室置于下限位结构下方，所述薄膜设置在腔室顶部、并与压杆相连，所述进样通道与出样通道设置在腔室的侧壁上并与外部管路连通。
7.根据权利要求1所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：对微流控芯片的通道进行表面修饰。
8.根据权利要求7所述的连续动脉血液检测装置，其特征在于：所述表面修饰为利用惰性聚合物PEGMA与生物活性分子REDV协同作用的表面构建方法，对微流控芯片的通道进行表面修饰，具体方法为：利用 SI-ATRP 技术在玻璃基材表面构建 PEGMA-GMA 二元嵌段共聚物刷，并通过GMA 末端环氧基与氨基的开环反应固定 REDV活性多肽。
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- 2021-03-02 CN CN202110229226.9A patent/CN113116348B/zh active Active
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| CN113116348A (zh) | 2021-07-16 |
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