CN117814848A - 一种采样系统和制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采样系统，包括盖子、具有检测腔的盒体和设置在盒体底部的采样针头，其中采样针头表面分布着径向的凹槽，采样针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔内设有折叠防水试纸条，检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取；盖子卡扣在盒体顶部，盖子与折叠试纸条之间设有压缩弹簧，压缩弹簧的一端固定在盖子上。本发明采样系统可用于人体内多指标的实时监测。本发明结构简单，可在微创条件下快速采集组织间液、毛细管血液、腔液等各种体液样本且实现实时监测。

Description

一种采样系统和制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种采样系统及其构建的传感器件，属于生物医学检测仪器领域。

背景技术

临床实验室检查对于疾病的预防、预后的监测起着重要的提示作用。传统的实验室检查通过对病人的血液、体液、分泌物和脱落物等标本通过观察并利用物理、生化及分子生物学检测方法进行分析后，向临床医生报告检查结果。传统的实验室检查依赖于专业且昂贵的设备，同时，从采样到报告发出一般需要数小时，其中微生物的培养与鉴定耗时更长，一般48小时甚至更久才能出结果。这不仅耗费了大量时间，而且无法对患者病情进行及时的评估和连续监测，严重时会延误诊断，可能导致致命的后果。

并且，样本的采集方法还是以有创操作为主，当需要连续采样监测时，患者依从性会逐渐下降。出院后病情的监测也面临着更大的挑战，大多数患者定期复查的配合度较低，除非出现明显不适症状。究其原因，是因为缺乏可供患者居家自我监测且操作简单的设备，使得患者对自我病情认知不及时。

组织间液与细胞内液、血浆之间存在循环的物质交换，其中存在丰富的生物标志物，大部分的浓度与血浆中呈正相关关系，除此之外还存在一些ISF特有的生物标志物。病变组织的组织间液及周围体液的成分更能反映真实的病理情况。组织间液的原位采集与监测或许是传统实验室检查的一种有效替代手段。但目前关于组织间液采集与检测的多数研究仍依赖复杂的仪器进行数据分析，并且大多数仅局限于单一指标的检测。

基于以上原因，传统实验室检查难以满足患者居家的自我监测，本发明利用3D打印技术，结合毛细管作用，构建了可自发采集组织间液以及毛细管血液、腔液等各种体液样本的采样系统，结合干化学试纸条，实现人体内多指标实时监测。

发明内容

为了克服现有实验室检测有创采样、设备昂贵复杂、专业性要求高等缺点，本发明提供一种简单、微创、快速采集组织间液的采样系统和制备方法及应用。

为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：

在本发明的一方面，提供了一种采样系统，包括盖子、具有检测腔的盒体和设置在盒体底部的采样针头，其中采样针头表面分布着径向的凹槽，采样针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔内设有折叠防水试纸条，检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取；盖子卡扣在盒体顶部，盖子与折叠防水试纸条之间设有压缩弹簧，压缩弹簧的一端固定在盖子上。

所述采样针头呈圆锥体，圆锥体的高度为50微米到20毫米，圆锥体的底面直径为50微米到1000微米，采样针头的数量为1个到400个，当采样针头为多个时，采用针头呈阵列分布。

所述采样针头表面凹槽的数量为1个到6个，针头表面凹槽的直径为10微米到200微米。

所述采样针头底面环绕的圆孔数量为1个到6个，圆孔的内径为200微米到1600微米。

所述检测腔的深度为5毫米到2厘米，边长为5毫米到2厘米。

所述折叠防水试纸条由多块正方形试纸粘贴在防水条带上形成，相邻正方形试纸之间间隔一个正方形试纸宽度。

所述正方形试纸条为不同种类的检测试纸条。

在本发明的另一方面，提供了采样系统的制备方法，包括如下步骤，

（1）采样系统的设计与制备：solidworks软件设计出采样系统的三个组成部分，包括盖子、检测腔和采样针头，其中采样针头表面分布着径向的凹槽，采样针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取。利用Lite 600HD 3D打印机和光交联树脂打印。利用胶水将购买的弹簧粘在盖子内面，组成弹簧盖。

（2）检测面的集成：将检测各种指标的试纸裁剪为相同大小的正方形，用双面胶或胶水将它们粘贴到防水条带的上，使其组成为一个方形检测块，间隔一个检测块的宽度后重复粘贴；重复多次，制备出折叠防水试纸条。

（3）传感器件的组装： 将试纸条向上和向后交替折叠，方形检测块紧贴检测腔底部，装入检测腔内，盖上弹簧盖完成组装，常温干燥保存。

本发明的技术方案中所述的试纸条包含但不限于各种检测性试纸条；

优选地，步骤（1）中所述模型的设计中采样针头的高度为50微米到20毫米，采样针头底部直径为50微米到1000微米，采样针头阵列的数量为1个到400个；

优选地，步骤（1）中所述模型的设计中采样针头表面凹槽的数量为1个到6个，采样针头表面凹槽的直径为10微米到200微米；

优选地，步骤（1）中所述模型的设计中采样针头底面环绕的圆孔数量为1个到6个，圆孔的内径为200微米到1600微米；

优选地，步骤（1）中所述模型的设计中检测腔的深度为5毫米到2厘米，边长为5毫米到2厘米；

优选地，步骤（2）中所述试纸条的种类为1个到36个，检测块的个数为1个到20个；

优选地，步骤（2）中所述双面胶或胶水包含但不限于常用的双面胶带和液体胶水；

优选地，步骤（2）中所述试纸条包含但不限于各种检测性试纸条；

优选地，步骤（2）中所述防水条带包含但不限于常用的防水材料；

优选地，步骤（3）中所述弹簧的个数为1个到8个；

优选地，步骤（3）中所述胶水包含但不限于常用的液体胶水；

优选地，步骤（3）中所述弹簧包含但不限于商用的各类弹簧；

本发明还提供了上述采样系统在皮肤组织间液多指标监测中的应用。

将采样系统通过采样针头刺破皮肤通过毛细作用提取组织间液，随后通过按压将液体挤压至折叠试纸条的最底层正方形试纸；通过检测腔的盒体侧面的矩形孔实现试纸的连续性抽取；通过试纸颜色的改变来评估疾病的进展。

本发明利用针头表面凹槽形成的毛细作用，显著提升了组织间液的提取效率，结合多种与疾病关联的干化学试纸条颜色的变化，通过多指标的原位集成分析实现对疾病进展的连续性监测。如可通过集成pH、葡萄糖、炎性细胞浸润、尿酸等感染相关指标的试纸监测感染的发生，可通集成谷丙转氨酶、谷草转氨酶、胆红素、白蛋白等指标的试纸监测肝功能，可通过集成尿素氮、肌酐、尿素、尿酸等指标的试纸监测肾功能。

附图说明

图1为本发明采样系统的结构示意图；图2为针头表面凹槽结构的宏观图与扫描电子显微镜图片；其中A和B为针头宏观结构图， C为针头光镜图，D为针头电镜图；

图3为连续性试纸条的展开图；

图4为连续性试纸条的实物图；

图5为连续性试纸条与采样系统组装的侧面剖面图及抽取示意图；

图6为本发明有凹槽针头与无凹槽针头采样效果的对比；

图7为在含有不同浓度的各指标的水凝胶中试纸显色效果；

图8为本发明采样系统对大鼠伤口感染的监测效果。

实施方式

按照本发明的技术方案，本实施例给出采样系统的制备方式，并且在体外和伤口感染中模拟采样与检测的应用，并非对本发明进行限制。

参见图1-图5，本发明的采样系统，包括盖子1、具有检测腔3的盒体2和设置在盒体2底部的采样针头4，其中采样针头4表面分布着径向的凹槽8，采样针头底面环绕着圆孔7，与检测腔3相通；检测腔3内设有折叠试纸条，检测腔3侧面设有一个矩形孔5，供试纸条的抽取；盖子1卡扣在盒体2顶部，盖子1与折叠试纸条之间设有压缩弹簧6，压缩弹簧6的一端固定在盖子1上。

所述采样针头4呈圆锥体，圆锥体的高度为50微米到20毫米，圆锥体的底面直径为50微米到1000微米，采样针头4的数量为1个到400个，当采样针头为多个时，采用针头呈阵列分布。

所述采样针头4表面凹槽的数量为1个到6个，针头表面凹槽的直径为10微米到200微米。

所述采样针头4底面环绕的圆孔7数量为1个到6个，圆孔7的内径为200微米到1600微米。

所述检测腔的深度为5毫米到2厘米，边长为5毫米到2厘米。

所述折叠试纸条由多块正方形试纸粘贴在防水条带上形成，相邻正方形试纸之间间隔一个正方形试纸宽度。

所述正方形试纸条为不同种类的检测试纸条。

实施例1采样系统的构建

利用solidworks软件设计采样系统的三个主要组成部分，包括盖子、检测腔和采样针头，其中针头表面分布着径向的凹槽，针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取。利用Lite 600HD 3D打印机和光交联树脂打印出各结构，利用胶水将购买的弹簧粘在盖子内面，组成弹簧盖。将检测各种指标的试纸裁剪为相同大小的正方形，用双面胶或胶水将它们粘贴到防水条带的上，使其组成为一个方形检测块，间隔一个检测块的宽度后重复粘贴；重复多次，制备出连续使用试纸条。将试纸条向上和向后交替折叠，方形检测块紧贴检测腔底部，装入检测腔内，盖上弹簧盖完成组装。如图5所示，可通过侧面的矩形孔实现试纸的连续性抽取。

实施例2 4种伤口感染相关的试纸的集成

将葡萄糖（指标1）、总蛋白（指标2）、白细胞（指标3）和pH（指标4）检测试纸裁剪成5mm×5mm大小，4种试纸组成2×2阵列贴到防水条带上，间隔10mm贴下一个阵列，最终在防水条带上形成5个连续的正方形试纸，如图3、4所示。

实施例3 有/无凹槽针头的采样效果的对比

利用Lite 600HD 3D打印机打印出表面有凹槽和无凹槽的两种针头，在不同浓度的琼脂糖水凝胶中对比两种针头在相同条件下采集的液体的质量，以证明凹槽在增强针头采样效率中的必要性。制备质量浓度（w/v）分别为1.0%、1.5%、2.0%的琼脂糖水凝胶，模拟含水量不同的组织，在水凝胶表面覆盖一层防水膜模拟表皮，分别将有凹槽和无凹槽的针头扎入水凝胶中，针头背面放一张滤纸，用500g的砝码按压1min，按压前后滤纸的质量差即单位时间的采样量，统计对比三种水凝胶中有/无凹槽针头的采样效果。如图6所示， 有凹槽的针头在琼脂糖水凝胶中单位时间的采样量明显高于无凹槽的针头。

实施例4 体外不同浓度各指标的显色效果

准备3块1.5%（w/v）的琼脂糖水凝胶，调节pH分别为酸性、中性和碱性，其中葡萄糖、蛋白质和白细胞的浓度分别为低、中、高，将针头分别扎入水凝胶，用500g的砝码按压一分钟后，如图7所示，当pH由酸性至碱性，试纸颜色由橙色向蓝色过度，葡萄糖随浓度升高绿色逐渐加深，蛋白质随浓度升高蓝色逐渐加深，白细胞随浓度升高紫色逐渐加深。

实施例5 大鼠伤口感染监测

用本发明采样系统对6只大鼠伤口感染进行监测，在6只大鼠皮下构建感染模型，其中3只老鼠在感染后连续3天注射青霉素进行抗感染治疗，在第4天分别将针头扎入大鼠伤口附近的皮肤，如图8所示，其中3例发生感染的大鼠的试纸条显示伤口部位为高浓度的蛋白质，高浓度的白细胞，弱碱性和低浓度的葡萄糖；其余3例进行抗感染治疗后大鼠的试纸条显示伤口部位为低浓度的蛋白质，低浓度的白细胞弱碱性和低浓度的葡萄糖。由此推测伤口部位高浓度的白细胞和蛋白质可用来指示伤口感染的状态。

Claims (10)

1.一种采样系统，包括盖子、具有检测腔的盒体和设置在盒体底部的采样针头，其中采样针头表面分布着径向的凹槽，采样针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔内设有折叠防水试纸条，检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取；盖子卡扣在盒体顶部，盖子与折叠防水试纸条之间设有压缩弹簧，压缩弹簧的一端固定在盖子上。

2.根据权利要求1所述采样系统，其特征在于：所述采样针头呈圆锥体，圆锥体的高度为50微米到20毫米，圆锥体的底面直径为50微米到1000微米，采样针头的数量为1个到400个，当采样针头为多个时，采用针头呈阵列分布。

3.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述采样针头表面凹槽的数量为1个到6个，采样针头表面凹槽的直径为10微米到200微米。

4.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述采样针头底面环绕的圆孔数量为1个到6个，圆孔的内径为200微米到1600微米。

5.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述检测腔的深度为5毫米到2厘米，边长为5毫米到2厘米。

6.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述折叠防水试纸条由多块正方形试纸粘贴在防水条带上形成，相邻正方形试纸之间间隔一个正方形试纸宽度。

7.根据权利要求6所述的采样系统，其特征在于：所述正方形试纸条为不同种类的检测试纸条。

8.一种采样系统的制备方法，包括以下步骤：

（1）采样系统的设计与制备：通过solidworks软件设计出采样系统的盖子、检测腔和采样针头，其中采样针头表面分布着径向的凹槽，采样针头底面环绕着圆孔，与检测腔相通；检测腔侧面设有一个矩形孔，供试纸条的抽取。利用Lite 600HD 3D打印机和光交联树脂打印；利用胶水将购买的弹簧粘在盖子内面，组成弹簧盖；

（2）检测面的集成：将检测各种指标的试纸裁剪为相同大小的正方形，用双面胶或胶水将它们粘贴到防水条带的上，使其组成为一个方形检测块，间隔一个检测块的宽度后重复粘贴；重复多次，制备出折叠防水试纸；

（3）传感器件的组装： 将试纸条向上和向后交替折叠，方形检测块紧贴检测腔底部，装入检测腔内，盖上弹簧盖完成组装，常温干燥保存。

9.权利要求1至7所述的任一种采样系统在人体内多指标实时监测中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：将采样系统通过采样针头刺破皮肤通过毛细作用提取组织间液、毛细管血液、腔液等各种体液样本至折叠方形试纸的最底层正方形试纸；通过试纸颜色的改变来判断疾病的进展。