CN114354714A - 一种血气分析仪微流控芯片及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医用血气生化检测设备技术领域，尤其是一种血气分析仪微流控芯片，由微流控模块外壳、微流控模块液路板、微流控传感器板、微流控电路板及其输出信号接口组件组成；上述后面3个部件最大外轮廓长宽尺寸相同，并按先后顺序分别紧贴安装在微流控模块外壳内；另外，本发明微流控芯片还包括氧分压传感器、二氧化碳分压传感器、酸碱度传感器、氯离子传感器、钠离子传感器、钾离子传感器、钙离子传感器等12个传感器，上述传感器全部与微流控模块液路板上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；可广泛应用在血气分析仪中，使得设备更加小巧、轻便、简单，性能稳定性更好；并使样本、试剂导入和传送以及检测步骤实现最少化和最简化。

Description

一种血气分析仪微流控芯片及应用
技术领域
本发明涉及医用血气生化检测设备技术领域，具体涉及一种血气分析仪微流控芯片及应用。
背景技术
血气分析仪主要检测人体动脉血中的氧分压(PO2)、二氧化碳分压(PCO2)、红细胞压积(Hct)、酸碱度(pH)、氯离子(Cl-)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)，常用于重症监护室和急诊检验室。微流控芯片是将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一块小型芯片上；这种芯片一般是由各种储液池和相互连接的微通道网络组成，能很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率；目前，在血气分析仪发展趋势上，已有将微流控芯片广泛应用在采样、加试剂、反应、分离、检测等各种功能上的新动向；例如：申请号为201910917654.3的中国发明专利，申请公开了一种微流控芯片及血细胞检测装置，该微流控芯片在样本微流道内设置有至少一对微电极，能够在待测样本通过所述样本微流道时，产生信号变化以检测所述待测样本；但目前并未见其微流控芯片相关结构及性能参数的研究报道。
发明内容
本发明的目的：为了解决现有国内微流控芯片研究和应用存在的不足，本发明提供一种血气分析仪微流控芯片及应用，可使样本制备、试剂导入和传送以及检测步骤实现最少化和最简化。
技术方案：为解决上述存在的问题，本发明提供的血气分析仪微流控芯片，具有如下创新和新颖亮点：
一种血气分析仪微流控芯片由微流控模块外壳、微流控模块液路板、微流控传感器板、微流控电路板及其输出信号接口组件组成；其中，微流控模块外壳是一个精密注塑成型的长方形塑料槽，左右两端中心线上各有一个输液管出口；微流控模块液路板是一个厚度在1mm左右、精密注塑成型的长方形塑料薄片，在其中一面中心线上从薄片左端面到右端面贯穿有一条半圆形液路槽，槽上制出12个孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm；上述微流控模块外壳上输液管中心线与微流控模块液路板上半圆形液路槽中心线重合；微流控模块液路板、微流控传感器板、微流控电路板及其输出信号接口组件等3个部件最大外轮廓长宽尺寸相同，并按先后顺序分别紧贴安装在微流控模块外壳内；微流控模块液路板和微流控模块外壳采用超声波塑料焊接技术密封焊接贴合在一起；而微流控模块液路板和微流控传感器板、微流控传感器板与微流控电路板及其输出信号接口组件之间接合面，均采用特殊非极性粘接剂密封贴合在一起。
具体地，所述微流控芯片还包括氧分压(PO2)传感器、其他传感器、二氧化碳分压(PCO2)传感器、参比电极、红细胞压积(Hct)传感器、酸碱度(pH)传感器、电导率(Sc)传感器、氯离子(Cl-)传感器、钠离子(Na+)传感器、钾离子(K+)传感器、钙离子(Ca2+)传感器、葡萄糖(Glu)传感器、电导率(Sc)传感器；上述每个传感器中心位置除了参比电极以外，其余全部与微流控模块液路板上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；所述微流控芯片上所有传感器按下列4种不同的测量原理收集样本电子信号：
1)电导测量法：应用于红细胞压积(Hct)传感器、电导率(Sc)传感器和另一个电导率(Sc)传感器；
2)电流测量法：应用于氧分压(PO2)传感器和葡萄糖(Glu)传感器；
3)电位测量法：应用于二氧化碳分压(PCO2)传感器、酸碱度(pH)传感器、氯离子(Cl-)传感器、钠离子(Na+)传感器、钾离子(K+)传感器、钙离子(Ca2+)传感器；
4)参比电极：直接应用在上述电位测量法中，为其他测量电位差提供一个稳固电位参照，而样本组成不会改变参比电极电位。
所述微流控电路板及其输出信号接口组件还包括电路板座、电极针固定板、输出信号接头，见图3所示；其中，电路板座电路板上面焊接有12对等距、对称的电极针座条，每对电极针座条之间距离均为2.3mm；电极针固定板上也制有12对等距、对称的T形孔，每对孔之间距离也均为2.3mm，上述每对电极针座条对称中心线和每对孔对称中心线均在一条线上，也与电极底座上12个锥形孔中心线重合；输出信号接头紧密安装在上述电极针固定板上12对T形孔内；从微流控传感器板上各传感器传送过来的传感器电子信号，通过电路板座上成对电极针座条直接传导到输出信号接头，然后传送到分析仪内专用模拟电子设备上。
作为优选实施方式，所述微流控传感器板上有12个传感器安装孔，见图4和图5所示；其中，电极底座其中一面中心线上，有12个锥形孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm，上述锥形孔每个孔中心线与微流控模块液路板相接合面上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；上述12个锥形孔内优选安装不同的传感器膜、电解液、电极头；其中，传感器膜优选由单层薄多聚物材料制成、上台面为凹弧形的锥形体，与电极底座上对应锥形孔紧密封合，其作用是将样本与传感器隔开；电极头优选良好导电材料制成、外观为T形的物体，上端平面与电解液直接电子接触，下端电极是与分析仪间的电子接触部件；电解液优选磷酸盐缓冲液，提供阴阳极间电接触和电化学过程中必须离子，封闭放置在传感器膜和电极头之间锥孔隙内，提供电极和样本的电接触，获得的传感器电子信号直接通过电极头传导到分析仪内专用模拟电子设备进行测量。
实施本发明专利，具有以下有益效果：
(1)可使样本、试剂导入和传送以及检测步骤实现最少化和最简化。
(2)应用在血气分析仪上面，可以使得设备更加小巧、轻便、简单，性能稳定性更好。
附图说明
图1是本发明实施例的一种血气分析仪微流控芯片装配示意图。
图2是本发明实施例的一种血气分析仪微流控芯片传感器布局示意图。
图3是本发明实施例的一种血气分析仪微流控芯片电路板及其输出信号接口组件装配示意图。
图4是本发明实施例的一种血气分析仪微流控芯片电极底座结构示意图。
图5是本发明实施例的一种血气分析仪微流控芯片传感器装配示意图。
上述图中，7.微流控模块外壳、8.微流控模块液路板、9.微流控传感器板、10.微流控电路板及其输出信号接口组件、101.电路板座、102.电极针固定板、103.输出信号接头、301.氧分压(PO2)传感器、302.其他传感器、303.二氧化碳分压(PCO2)传感器、304.参比电极、305.红细胞压积(Hct)传感器、306.酸碱度(pH)传感器、307.电导率(Sc)传感器、308.氯离子(Cl-)传感器、309.钠离子(Na+)传感器、310.钾离子(K+)传感器、311.钙离子(Ca2+)传感器、312.葡萄糖(Glu)传感器、313.电导率(Sc)传感器、901.传感器膜、902.电解液、903.电极底座、904.电极头。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供了一种血气分析仪微流控芯片，包括微流控模块外壳7、微流控模块液路板8、微流控传感器板9、微流控电路板及其输出信号接口组件10，见图1所示；其中，微流控模块外壳7是一个精密注塑成型的长方形塑料槽，左右两端中心线上各有一个输液管出口；微流控模块液路板8是一个厚度在1mm左右、精密注塑成型的长方形塑料薄片，在其中一面中心线上从薄片左端面到右端面贯穿有一条半圆形液路槽，槽上制出12个孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm；上述微流控模块外壳7上输液管中心线与微流控模块液路板8上半圆形液路槽中心线重合；微流控模块液路板8、微流控传感器板9、微流控电路板及其输出信号接口组件10等3个部件最大外轮廓长宽尺寸相同，并按先后顺序分别紧贴安装在微流控模块外壳7内；微流控模块液路板8和微流控模块外壳7采用超声波塑料焊接技术密封焊接贴合在一起；而微流控模块液路板8和微流控传感器板9、微流控传感器板9与微流控电路板及其输出信号接口组件10之间接合面，均采用特殊非极性粘接剂密封贴合在一起。
如图2所示，所述微流控芯片还包括氧分压(PO2)传感器301、其他传感器302、二氧化碳分压(PCO2)传感器303、参比电极304、红细胞压积(Hct)传感器305、酸碱度(pH)传感器306、电导率(Sc)传感器307、氯离子(Cl-)传感器308、钠离子(Na+)传感器309、钾离子(K+)传感器310、钙离子(Ca2+)传感器311、葡萄糖(Glu)传感器312、电导率(Sc)传感器313；上述每个传感器中心位置除了参比电极304以外，其余全部与微流控模块液路板8上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；
所述微流控芯片上所有传感器按下列4种不同的测量原理收集样本电子信号：
1)电导测量法：应用于红细胞压积(Hct)传感器305、电导率(Sc)传感器307和电导率(Sc)传感器313；
2)电流测量法：应用于氧分压(PO2)传感器301和葡萄糖(Glu)传感器312；
3)电位测量法：应用于二氧化碳分压(PCO2)传感器303、酸碱度(pH)传感器306、氯离子(Cl-)传感器308、钠离子(Na+)传感器309、钾离子(K+)传感器310、钙离子(Ca2+)传感器311；
4)参比电极304：直接应用在上述电位测量法中，为其他测量电位差提供一个稳固电位参照，而样本组成不会改变参比电极电位。
所述微流控电路板及其输出信号接口组件10还包括电路板座101、电极针固定板102、输出信号接头103，见图3所示；其中，电路板座101电路板上面焊接有12对等距、对称的电极针座条，每对电极针座条之间距离均为2.3mm；电极针固定板102上也制有12对等距、对称的T形孔，每对孔之间距离也均为2.3mm，上述每对电极针座条对称中心线和每对孔对称中心线均在一条线上，也与电极底座903上12个锥形孔中心线重合；输出信号接头103紧密安装在上述电极针固定板102上12对T形孔内；从微流控传感器板9上各传感器传送过来的传感器电子信号，通过电路板座101上成对电极针座条直接传导到输出信号接头103，然后传送到分析仪内专用模拟电子设备上。
作为优选实施方式，所述微流控传感器板9上有12个传感器安装孔，见图4和图5所示；其中，电极底座903其中一面中心线上，有12个锥形孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm，上述锥形孔每个孔中心线与微流控模块液路板8相接合面上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；上述12个锥形孔内优选安装不同的传感器膜901、电解液902、电极头904；其中，传感器膜901优选由单层薄多聚物材料制成、上台面为凹弧形的锥形体，与电极底座903上对应锥形孔紧密封合，其作用是将样本与传感器隔开；电极头904优选良好导电材料制成、外观为T形的物体，上端平面与电解液直接电子接触，下端电极是与分析仪间的电子接触部件；电解液902优选磷酸盐缓冲液，提供阴阳极间电接触和电化学过程中必须离子，封闭放置在传感器膜901和电极头904之间锥孔隙内，提供电极和样本的电接触，获得的传感器电子信号直接通过电极头904传导到分析仪内专用模拟电子设备进行测量。
本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的；本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种血气分析仪微流控芯片，其特征在于：由微流控模块外壳(7)、微流控模块液路板(8)、微流控传感器板(9)、微流控电路板及其输出信号接口组件(10)组成；其中，微流控模块外壳(7)是一个精密注塑成型的长方形塑料槽，左右两端中心线上各有一个输液管出口；微流控模块液路板(8)是一个厚度在1mm左右、精密注塑成型的长方形塑料薄片，在其中一面中心线上从薄片左端面到右端面贯穿有一条半圆形液路槽，槽上制出12个孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm；上述微流控模块外壳(7)上输液管中心线与微流控模块液路板(8)上半圆形液路槽中心线重合；微流控模块液路板(8)、微流控传感器板(9)、微流控电路板及其输出信号接口组件(10)等3个部件最大外轮廓长宽尺寸相同，并按先后顺序分别紧贴安装在微流控模块外壳(7)内；微流控模块液路板(8)和微流控模块外壳(7)采用超声波塑料焊接技术密封焊接贴合在一起；而微流控模块液路板(8)和微流控传感器板(9)、微流控传感器板(9)与微流控电路板及其输出信号接口组件(10)之间接合面，均采用特殊非极性粘接剂密封贴合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种血气分析仪微流控芯片，其特征在于：还包括氧分压传感器(301)、其他传感器(302)、二氧化碳分压传感器(303)、参比电极(304)、红细胞压积传感器(305)、酸碱度传感器(306)、电导率传感器(307)、氯离子传感器(308)、钠离子传感器(309)、钾离子传感器(310)、钙离子传感器(311)、葡萄糖传感器(312)、电导率传感器(313)；上述每个传感器中心位置除了参比电极(304)以外，其余全部与微流控模块液路板(8)上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；上述所有传感器按下列4种不同的测量原理收集样本电子信号：
1)电导测量法：应用于红细胞压积传感器(305)、电导率传感器(307)和电导率传感器(313)；
2)电流测量法：应用于氧分压传感器(301)和葡萄糖传感器(312)；
3)电位测量法：应用于二氧化碳分压传感器(303)、酸碱度传感器(306)、氯离子传感器(308)、钠离子传感器(309)、钾离子传感器(310)、钙离子传感器(311)；
4)参比电极(304)：直接应用在上述电位测量法中，为其他测量电位差提供一个稳固电位参照。
3.根据权利要求1所述的一种血气分析仪微流控芯片，其特征在于：所述微流控电路板及其输出信号接口组件(10)由电路板座(101)、电极针固定板(102)、输出信号接头(103)组成；其中，电路板座(101)电路板上面焊接有12对等距、对称的电极针座条，每对电极针座条之间距离均为2.3mm；电极针固定板(102)上也制有12对等距、对称的T形孔，每对孔之间距离也均为2.3mm，上述每对电极针座条对称中心线和每对孔对称中心线均在一条线上，也与电极底座(903)上12个锥形孔中心线重合；输出信号接头(103)紧密安装在上述电极针固定板(102)上12对T形孔内。
4.根据权利要求1所述的一种血气分析仪微流控芯片，其特征在于：所述微流控传感器板(9)上有12个传感器安装孔；其中，电极底座(903)其中一面中心线上，有12个锥形孔，沿长边方向一字等距排列，孔间距2.3mm，上述锥形孔每个孔中心线与微流控模块液路板(8)相接合面上12个孔每个孔中心线一一精确对应、对齐、重合；上述12个锥形孔内优选安装不同的传感器膜(901)、电解液(902)、电极头(904)；其中，传感器膜(901)优选由单层薄多聚物材料制成、上台面为凹弧形的锥形体，与电极底座(903)上对应锥形孔紧密封合；电极头(904)优选良好导电材料制成、外观为T形的物体，上端平面与电解液直接电子接触，下端电极是与分析仪间的电子接触部件；电解液(902)优选磷酸盐缓冲液，提供阴阳极间电接触和电化学过程中必须离子，封闭放置在传感器膜(901)和电极头(904)之间锥孔隙内，提供电极和样本的电接触。
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