CN114577888B - 呼出气在线检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼出气在线检测装置，由样品提取部和检测部构成，前者包括：声波悬浮器，具有水平设置的声波发射板和声波反射板，两者之间具有声辐射压力和液滴重力相平衡的悬浮中心；呼出气注入管，具有供待检测人员呼气的输入端和与悬浮中心相对设置的输出端；萃取液注入针，用于将萃取液逐滴注入声波悬浮器，使萃取液滴悬浮在悬浮中心；电喷雾注入器，用于喷射电雾使萃取液滴带电；提取传输器，包括设置在悬浮中心两侧的电极板，用于粉碎带电萃取液滴并使其进入检测部。本发明同时公开了使用上述检测装置的呼出气在线检测方法，可实现呼出气中目标物的快速、在线、高效萃取富集和实时检测一体化，极大地方便了呼出气检测工作的开展。

Description

呼出气在线检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及呼出气在线检测技术领域，尤其是涉及一种呼出气在线检测装置及检测方法。

背景技术

肺癌不仅发病率高，居恶性肿瘤榜首，死亡率也位列第一，已经超越肝癌成为癌症中的“超级杀手”。如果能在早期发现肺癌，其治愈率可达65%。早发现、早治疗成为提高肺癌患者生存率的关键。呼出气包含大量新陈代谢产物，其种类和浓度与代谢和病理状况相关，其中一些代谢物质已被证明是某种疾病的生物标记物。研究表明，肺癌患者呼出气中多种醛类物质浓度显著升高。与常规的血液检测方法相比，呼出气检测技术因其具有对人体无损伤的优点而备受关注。

目前，呼出气检测主要包括传感器、光谱、质谱和气相色谱-质谱联用等方法。阵列传感器能够实现对混合气体的在线快速检测，但呼出气复杂的成分给准确定量带来一定困难。光谱检测具有样品前处理简单、检测速度快和灵敏度高等特点，但呼出气湿度大、背景干扰严重，使得光谱的定性和定量能力较差。质谱检测由于高通量和高灵敏检测特性而得到重视，然而选择离子流动管质谱(SIFT-MS)和质子转移质谱（PTR-MS）的稳定性和重现性受到环境和呼出气湿度差异的影响较大，其仪器的稳定性和重现性需要进一步提高。其次，影响检测准确度的还有进行呼出气收集用的钢瓶和气袋。使用钢瓶收集时，成本较高。使用气袋收集时，气袋背景残留和呼出气在气袋壁上吸附给呼出气检测带来极大挑战。再次，当呼出气活性物质和疾病标志物含量较低时，常存在较大的检测误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种快捷、准确、方便的呼出气在线检测装置，同时提供一种呼出气在线检测方法，具体可采取如下技术方案：

本发明所述的呼出气在线检测装置，包括

所述检测装置由样品提取部和检测部构成，所述样品提取部包括

声波悬浮器，包括水平设置的声波发射板和声波反射板，所述声波发射板和声波反射板之间具有声辐射压力和液滴重力相平衡的悬浮中心；

呼出气注入管，具有供待检测人员呼气的输入端和与所述悬浮中心相对设置的输出端；

萃取液注入针，用于将萃取液逐滴注入所述声波悬浮器，使萃取液滴悬浮在悬浮中心；

电喷雾注入器，用于喷射电雾使所述萃取液滴带电；

提取传输器，包括设置在悬浮中心两侧的电极板，用于粉碎带电萃取液滴并使其进入所述检测部。

所述声波发射板和声波反射板为同轴设置的圆形板，且声波发射板和声波反射板通过竖向支杆连接。

所述呼出气注入管、萃取液注入针和电喷雾注入器均设置在所述竖向支杆上，且所述电喷雾注入器与萃取液注入针相对设置。

所述呼出气注入管的输入端为喇叭口结构，且呼出气注入管的中部设置有流量调节阀。

所述电喷雾注入器包括依次套接的喷针、加电壳层和雾化气壳层，所述喷针与萃取液注射器相连，所述加电壳层设置在喷针外侧并与高压电源相连，所述雾化气壳层与加电壳层间隙设置形成热风流道。

所述电极板包括顺次设置的第一电极板、第二电极板和第三电极板，所述第一电极板设置在悬浮中心一侧，所述第二电极板和第三电极板设置在悬浮中心的另一侧。

所述第一电极板为平板电极，所述第二电极板为开设有通孔的平板电极，所述第三电极板为开设有通孔且外侧设置有插装台的平板电极。

所述第二电极板的通孔处设置有金属丝网。

所述检测部为质谱分析仪，且所述质谱分析仪的进样口与所述插装台相适配。

本发明所述的呼出气在线检测方法，通过上述检测装置实现，包括如下步骤：

第一步，启动并调试声波悬浮器；

第二步，用萃取液注入针向声波悬浮器内注入萃取液，形成一滴位于悬浮中心的萃取液滴；

第三步，待检测人员向呼出气注入管呼气，呼出气接触萃取液滴并在其表面完成萃取富集；

第四步，启动电喷雾注入器，向萃取液滴表面喷射电雾使其带电；

第五步，启动提取传输器，使带电萃取液滴粉碎并进入检测部进行检测。

本发明提供的呼出气在线检测装置，结构简单、成本较低、实用性强，且稳定性和重现性较高，利用悬浮液滴萃取富集呼出气中的高活性物质、疾病标志物，一方面解决呼出气存储容器背景对检测信号的干扰和存储器壁对高活性物质、疾病标志物吸附导致检测结果失真的问题；另一方面，液滴能够对呼出气高活性物质、疾病标志物吸附富集，为低含量成分的准确鉴定分析提供保证。因而，本发明所述的呼出气在线检测方法，可实现呼出气中目标物的快速、在线、高效萃取富集和实时检测一体化，极大地方便了呼出气检测工作的开展，对肺癌的早期诊断、疗效判断及术后评估等具有重要的临床意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（省略呼出气注入管）。

图2是图1中呼出气注入管的结构示意图。

图3是图1中电喷雾注入器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的施工过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-3所示，本发明所述的呼出气在线检测装置，由样品提取部和检测部构成。检测部通常采用具有高通量和高灵敏检测特性的质谱分析仪M，样品提取部则由声波悬浮器、呼出气注入管、萃取液注入针、电喷雾注入器和提取传输器构成。

具体地，声波悬浮器包括同轴设置的声波发射板101和声波反射板102，两者均为圆形板，水平设置，上下间隔，通过两个竖向支杆103连接。调节声波悬浮器的声压和相位，使得位于声波发射板101和声波反射板102之间的液滴能够处于悬浮状态，即液滴所受的声辐射压力和液滴重力相平衡，此时液滴所处的位置被称为悬浮中心104。

呼出气注入管2固定在其中一个竖向支杆103上，其向外的一端为供待检测人员呼气的输入端201，通常为喇叭口结构；向内的输出端202穿过竖向支杆103的安装孔K后与悬浮中心104相对设置，使呼出气可以不断吹向悬浮中心104；为了便于调节呼出气的流量，在呼出气注入管2的中部设置有流量调节阀203。安装在其中一个竖向支杆103上，

萃取液注入针3为电控活塞式注射器，与呼出气注入管2并排安装在同一竖向支杆103上，用于将萃取液逐滴注入声波悬浮器，形成位于悬浮中心104的萃取液滴，当呼出气经过与萃取液滴接触时，其中所含的高活性物质、疾病标志物等在萃取液滴表面富集。

电喷雾注入器4安装在另一个竖向支杆103上，其与萃取液注入针3相对设置。上述电喷雾注入器4包括同轴设置的喷针401、加电壳层402和雾化气壳层403，其中，喷针401的进口端与具有加压作用的萃取液注射器相连通；加电壳层402紧贴在喷针401外壁并与高压电源相连，用于使从喷针401中喷出的萃取液液滴带电；雾化气壳层403套接在加电壳层402外侧，两者间隙设置形成热风流道，从热风流道中吹出的氮气可将带电萃取液滴雾化成电雾。

提取传输器用于粉碎带电萃取液滴并使其进入所述检测部，其包括顺次设置的第一电极板501、第二电极板502和第三电极板503。其中，第一电极板501为平板电极，安装在悬浮中心104一侧，第二电极板502和第三电极板503则安装在悬浮中心104的另一侧。上述第二电极板502为开设有通孔的平板电极，该通孔处安装有金属丝网，用于保证通孔的通透性、以及减小电场对外渗透；第三电极板503为聚焦电极板，用于使带电萃取液滴顺利到达质谱分析仪M，其为开设有通孔且外侧设置有插装台的平板电极，上述插装台与质谱分析仪M的锥形进样口能够适配安装在一起。提取传输器启动时，电极板之间的电压升高，在电场作用下，带电萃取液滴被撕裂，在电场和声场作用下进入质谱分析仪M进行分析。

本发明所述的呼出气在线检测方法，通过上述检测装置实现，包括如下步骤：

第一步，启动声波悬浮器，调试声压和相位，使悬浮中心104位于合适的高度；

第二步，用萃取液注入针3向声波悬浮器内注入0.2ml萃取液，形成一滴位于悬浮中心104的萃取液滴；

第三步，将流量调节阀203调节到合适的开度，然后，待检测人员向呼出气注入管2呼气，吹20次，每30秒一次，每次持续时间为15秒，呼出气接触萃取液滴并在其表面完成高活性物质、疾病标志物等的萃取富集；

第四步，启动电喷雾注入器4，向萃取液滴表面喷射电雾使其带电；

第五步，启动提取传输器，使第一电极板501的电压为2500V、第二电极板502的电压为1000V、第三电极板503的电压为500V，其中，第一电极板501和第二电极板502的间距为10mm，带电萃取液滴在该电场作用下被撕裂粉碎，并在电场和声场的双重作用进入质谱分析仪M，读取有机小分子谱图数据，然后进行分析，完成检测。

本实施例中的萃取液为按照体积比1:1配制的甲醇水混合液，其可以同时满足萃取液注入针3和电喷雾注入器4的加注，即两者使用同一种萃取液。需要改变悬浮中心104萃取液滴的极性时，可以选用其他种类或配比的萃取液，还可以在萃取液中掺杂电解质、表面活性剂等进行改变。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种呼出气在线检测装置，其特征在于：所述检测装置由样品提取部和检测部构成，所述样品提取部包括

声波悬浮器，包括水平设置的声波发射板和声波反射板，所述声波发射板和声波反射板之间具有声辐射压力和液滴重力相平衡的悬浮中心；

呼出气注入管，具有供待检测人员呼气的输入端和与所述悬浮中心相对设置的输出端；

萃取液注入针，用于将萃取液逐滴注入所述声波悬浮器，使萃取液滴悬浮在悬浮中心；

电喷雾注入器，用于喷射电雾使所述萃取液滴带电；

提取传输器，包括设置在悬浮中心两侧的电极板，用于粉碎带电萃取液滴并使其进入所述检测部；其中，

所述声波发射板和声波反射板为同轴设置的圆形板，且声波发射板和声波反射板通过竖向支杆连接；

所述呼出气注入管、萃取液注入针和电喷雾注入器均设置在所述竖向支杆上，且所述电喷雾注入器与萃取液注入针相对设置；

所述电喷雾注入器包括依次套接的喷针、加电壳层和雾化气壳层，所述喷针与萃取液注射器相连，所述加电壳层设置在喷针外侧并与高压电源相连，所述雾化气壳层与加电壳层间隙设置形成热风流道；

所述电极板包括顺次设置的第一电极板、第二电极板和第三电极板，所述第一电极板设置在悬浮中心一侧，所述第二电极板和第三电极板设置在悬浮中心的另一侧；

所述第一电极板为平板电极，所述第二电极板为开设有通孔的平板电极，所述第三电极板为开设有通孔且外侧设置有插装台的平板电极；

所述第二电极板的通孔处设置有金属丝网。

2.根据权利要求1所述的呼出气在线检测装置，其特征在于：所述呼出气注入管的输入端为喇叭口结构，且呼出气注入管的中部设置有流量调节阀。

3.根据权利要求1所述的呼出气在线检测装置，其特征在于：所述检测部为质谱分析仪，且所述质谱分析仪的进样口与所述插装台相适配。

4.一种呼出气在线检测方法，通过权利要求1所述的检测装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，启动并调试声波悬浮器；

第二步，用萃取液注入针向声波悬浮器内注入萃取液，形成一滴位于悬浮中心的萃取液滴；

第三步，待检测人员向呼出气注入管呼气，呼出气接触萃取液滴并在其表面完成萃取富集；

第四步，启动电喷雾注入器，向萃取液滴表面喷射电雾使其带电；

第五步，启动提取传输器，使带电萃取液滴粉碎并进入检测部进行检测。