CN113984695A - 一种检测尿液外观的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种检测尿液外观的传感器，所述传感器为光电检测器，以ITO FET作为光电检测元件；所述ITO FET为以透明薄膜封装的氧化铟锡场效应晶体管；ITO FET上固定有用于装载尿液样品的透明的样品池；当检测尿液外观时，以预设规格的光源照射样品池，ITO FET通过检测样品池处的透射光来对尿液样品进行定量检测；本发明可应用于尿液外观的快速、定量检测，无需专业人士操作，传感器结构简单，只需要紫外灯光源即可工作，无需专业人员操作。
Description
技术领域
本发明涉及电化学检测技术领域，尤其是一种检测尿液外观的传感器。
背景技术
尿常规检测是三大“常规检测”之一，包括尿液干化学分析和尿液外观，而尿液外观主要是颜色、浊度、漂浮物、悬浮物、沉淀物等对临床诊断起着重要的辅助作用，但目前的尿液分析检测方法，存在以下问题和缺陷。
（1）干化学试带法。尿液中的蛋白、葡萄糖等与试纸条上的物质发生颜色反应，利用肉眼观察试纸颜色的变化与标准板进行比较。
缺陷：肉眼观察，误差较大。
（2）干化学尿液分析仪器。采用球面积分仪接受双波长声波、光波或其他电磁波遇到别的媒质分界面而部分仍在原物质中传播光的方式测定试带上的颜色变化进行半定量测定。
缺陷：专业的体外诊断设备，需要专业人员操作。
（3）基于颜色RGB分量的尿液分析仪。白色LED灯的光线照射到尿检试带上，利用颜色传感器单元获取尿检试带各个试剂区反射光的颜色RGB分离。
缺陷：仪器较为复杂，需要包括处理器、串行通信单元、温度测量单元、光强控制单元和颜色传感器。
发明内容
本发明提出一种检测尿液外观的传感器，可应用于尿液外观的快速、定量检测，无需专业人士操作，传感器结构简单，只需要紫外灯光源即可工作，无需专业人员操作。
本发明采用以下技术方案。
一种检测尿液外观的传感器，所述传感器为光电检测器，以ITO FET作为光电检测元件；所述ITO FET为以透明薄膜封装的氧化铟锡场效应晶体管；ITO FET上固定有用于装载尿液样品的透明的样品池；当检测尿液外观时，以预设规格的光源照射样品池，ITO FET通过检测样品池处的透射光来对尿液样品进行定量检测。
所述预设规格的光源为紫外灯，当紫外灯照射样品池时，尿液样品中的的有色物质、悬浊物、漂浮物、沉淀物等对入射光进行吸收、散射，使透射光发生改变，ITO FET通过检测被改变后的透射光来实现尿液外观的定量检测。
所述ITO FET制备在硅片材质或玻璃材质的衬底上，其ITO作为沟道层；所述ITOFET采用有利于集成的背栅结构或底栅结构，并采用有利于降低ITO FET的工作电压的High-k材料作为栅介质。
所述ITO FET的ITO采用薄膜制备工艺生长；所述薄膜制备工艺包括磁控溅射、原子层沉积或电子束蒸发。
所述ITO两端处以微纳加工工艺或shutter mask蒸镀工艺形成源电极和漏电极；所述微纳加工工艺的工序方法包括旋涂光刻胶、烘烤、曝光、显影、定影、氧等离子体去残胶、蒸镀金属、剥离；所述衬底为沉积有High-k的介质层的硅片或玻璃。
所述封装氧化铟锡场效应晶体管的透明薄膜为可隔绝尿液样品的PDMS薄膜或PMMA薄膜。
所述样品池以PDMS、PMMA或SU8成型，以键合方式固定于ITO FET上。
当检测尿液外观时，所述尿液样品沿样品池缓慢加入样品池以防止泡沫产生，然后打开紫外灯，向样品池内的尿液样品通入紫外光，尿液样品对入射光进行吸收、散射，使从样品池出射的透射光发生改变，改变后的透射光引起ITO FET沟道的载流子浓度发生改变，进而引起可由半导体参数分析仪测试的电学性能改变，所述电学性能改变包括转移特性Id-Vg曲线的偏移，然后通过半导体参数分析仪测试ITO FET电学性能来快速、定量地对尿液外观进行检测。
本发明的优点在于：
（1）本发明专利能应用于尿液外观的快速、定量检测。
（2）使用简单，只需将尿液加入样品池即可，无需专业人士操作。
（3）本发明专利结构简单，只需要紫外灯光源和ITO FET光电传感器即可工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
附图2是对不同外观的尿液样本进行检测的示意图；
附图3是图2中不同外观的尿液样本对应的Id-Vg曲线示意图；
附图4是实施例中不同稀释比晨尿的Id-Vg曲线示意图；
图中：11-衬底；12-ITO；13-源电极；14-漏电极；15-透明薄膜；16-样品池。
具体实施方式
如图所示，一种检测尿液外观的传感器，所述传感器为光电检测器，以ITO FET作为光电检测元件；所述ITO FET为以透明薄膜15封装的氧化铟锡场效应晶体管；ITO FET上固定有用于装载尿液样品的透明的样品池16；当检测尿液外观时，以预设规格的光源照射样品池，ITO FET通过检测样品池处的透射光来对尿液样品进行定量检测。
所述预设规格的光源为紫外灯，当紫外灯照射样品池时，尿液样品中的的有色物质、悬浊物、漂浮物、沉淀物等对入射光进行吸收、散射，使透射光发生改变，ITO FET通过检测被改变后的透射光来实现尿液外观的定量检测。
所述ITO FET制备在硅片材质或玻璃材质的衬底11上，其ITO作为沟道层；所述ITOFET采用有利于集成的背栅结构或底栅结构，并采用有利于降低ITO FET的工作电压的High-k材料作为栅介质。
所述ITO FET的ITO12采用薄膜制备工艺生长；所述薄膜制备工艺包括磁控溅射、原子层沉积或电子束蒸发。
所述ITO两端处以微纳加工工艺或shutter mask蒸镀工艺形成源电极13和漏电极14；所述微纳加工工艺的工序方法包括旋涂光刻胶、烘烤、曝光、显影、定影、氧等离子体去残胶、蒸镀金属、剥离；所述衬底为沉积有High-k的介质层的硅片或玻璃。
所述封装氧化铟锡场效应晶体管的透明薄膜为可隔绝尿液样品的PDMS薄膜或PMMA薄膜。
所述样品池以PDMS、PMMA或SU8成型，以键合方式固定于ITO FET上。
当检测尿液外观时，所述尿液样品沿样品池缓慢加入样品池以防止泡沫产生，然后打开紫外灯，向样品池内的尿液样品通入紫外光，尿液样品对入射光进行吸收、散射，使从样品池出射的透射光发生改变，改变后的透射光引起ITO FET沟道的载流子浓度发生改变，进而引起可由半导体参数分析仪测试的电学性能改变，所述电学性能改变包括转移特性Id-Vg曲线的偏移，然后通过半导体参数分析仪测试ITO FET电学性能来快速、定量地对尿液外观进行检测。
实施例：
本例中，采用稀释晨尿法模拟不同外观（主要为颜色）的尿液来举例说明产品的使用过程。
（1） 采用稀释晨尿的方法制备不同尿液外观（不同尿液颜色）的样本。取中段晨尿100mL，用去离子水作为稀释剂，将晨尿样本按体积比100:0（晨尿:去离子水，下同）、80:20、50:50、20:80、0:100进行稀释。
（2）取100μL上述稀释尿液，沿样品池壁缓慢加入样品池中，防止泡沫产生。
（3）打开紫外光源，向不同外观的尿液中通入紫外光，尿液中的有色物质、悬浊物、漂浮物、沉淀物等对入射光进行吸收、散射，使透射光发生改变，进而导致ITO FET产生不同的光电子，引起ITO FET的电学性能发生改变，如Id-Vg曲线的偏移等。
电学测试方法：用半导体参数分析仪测试电学性能：栅电压Vg=-1-1V，源漏极电压VDS=0.05-0.5V。测试结果如图4。
Claims (8)
1. 一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述传感器为光电检测器，以ITO FET作为光电检测元件；所述ITO FET为以透明薄膜封装的氧化铟锡场效应晶体管；ITO FET上固定有用于装载尿液样品的透明的样品池；当检测尿液外观时，以预设规格的光源照射样品池，ITO FET通过检测样品池处的透射光来对尿液样品进行定量检测。
2. 根据权利要求1所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述预设规格的光源为紫外灯，当紫外灯照射样品池时，尿液样品中的的有色物质、悬浊物、漂浮物、沉淀物等对入射光进行吸收、散射，使透射光发生改变，ITO FET通过检测被改变后的透射光来实现尿液外观的定量检测。
3. 根据权利要求1所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述ITO FET制备在硅片材质或玻璃材质的衬底上，其ITO作为沟道层；所述ITO FET采用有利于集成的背栅结构或底栅结构，并采用有利于降低ITO FET的工作电压的High-k材料作为栅介质。
4. 根据权利要求3所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述ITO FET的ITO采用薄膜制备工艺生长；所述薄膜制备工艺包括磁控溅射、原子层沉积或电子束蒸发；所述衬底为沉积有High-k的介质层的硅片或玻璃。
5. 根据权利要求3所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述ITO两端处以微纳加工工艺或shutter mask蒸镀工艺形成源电极和漏电极；所述微纳加工工艺的工序方法包括旋涂光刻胶、烘烤、曝光、显影、定影、氧等离子体去残胶、蒸镀金属、剥离。
6.根据权利要求2所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述封装氧化铟锡场效应晶体管的透明薄膜为可隔绝尿液样品的PDMS薄膜或PMMA薄膜。
7. 根据权利要求2所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：所述样品池以PDMS、PMMA或SU8成型，以键合方式固定于ITO FET上。
8. 根据权利要求2所述的一种检测尿液外观的传感器，其特征在于：当检测尿液外观时，所述尿液样品沿样品池缓慢加入样品池以防止泡沫产生，然后打开紫外灯，向样品池内的尿液样品通入紫外光，尿液样品对入射光进行吸收、散射，使从样品池出射的透射光发生改变，改变后的透射光引起ITO FET沟道的载流子浓度发生改变，进而引起可由半导体参数分析仪测试的电学性能改变，所述电学性能改变包括转移特性Id-Vg曲线的偏移，然后通过半导体参数分析仪测试ITO FET电学性能来快速、定量地对尿液外观进行检测。
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