衛生間智能保健檢測系統的製作方法

2023-09-16 20:31:15 3

專利名稱：衛生間智能保健檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於衛生間的檢測設備，尤其是涉及一種可進行人體尿液中尿糖、尿酸、尿膽固醇以及衛生間氨氣濃度等參數快速檢測和實時顯示的衛生間智能保健檢測系統。
背景技術：
隨著生活節奏的加快，越來越多的人處於亞健康狀態。每年數以百萬計的人死於可預防的疾病。人體各項生理指標的異常往往是病變的徵兆，如較高的尿酸水平常見於痛風和Lsch-Nyhan氏綜合症,而腦出血、心功能衰竭等疾病的粹發則伴隨著血壓異常,尿糖濃度的實時監測對全球1.2億的糖尿病患者來說至關重要。傳統的檢測方法需要前往醫院使用大型器械設備，而醫院檢測程序複雜費時，不利於實時在線的預防與監測。而目前家用型檢測設備精度低，價格高昂，難以普及。結合多種原理和方法的無創性實驗診斷學(Non-1nvasive diagnostics)對機體體液(血液、尿液、汗液)進行檢測,可以不引起機體損傷和疼痛便而得到所需實驗結果，適用於人體日常生理指標的自身監測。日本TOTO公司於2011年推出了一款概念型智能馬桶，通過尿樣檢測血糖濃度，同時配有血壓計、體溫計和嵌入地板的體重計，並通過液晶屏顯示上述監測結果。此套系統價格約為4萬人民幣，難以普及，且功能較為單一。中國專利200620124789.2公開一種帶有身體健康檢測儀的座便器，其亦能實施進行一般尿液檢測，但該專利並未涉及具體檢測指標的各個傳感器的製備。市面上用於人體無創尿糖檢測的裝置很少，聯合尿糖、尿酸、尿膽固醇等多項指標且適合家庭和公共場合的經濟實用型快速檢測和實時顯示系統尚未見到。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可進行人體尿液中尿糖、尿酸、尿膽固醇以及衛生間氨氣濃度等參數快速檢測和實時顯示的衛生間智能保健檢測系統。本發明設有紅外開關、電化學生物傳感器、光纖生物傳感系統、氣體傳感器和電腦；所述紅外開關的輸出端分別與電化學生物傳感器的輸入端、光纖生物傳感系統的輸入端和氣體傳感器的輸入端連接；所述電化學生物傳感器設有電化學生物尿酸傳感器和電化學生物尿膽固醇傳感器，所述電化學生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端和電化學生物尿膽固醇傳感器的尿膽固醇信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接，所述光纖生物傳感系統設有光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器，所述光纖生物葡萄糖傳感器的尿糖信號輸出端和光纖生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接；所述氣體傳感器的氣體濃度信號輸出端與電腦的輸入埠連接；所述電腦的輸出埠與紅外開關連接。所述電化學生物尿酸傳感器可採用戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器；所述電化學生物尿膽固醇傳感器可採用戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器。
所述戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器可採用以下方法製備:在氧化招箔表面先磁控派射一層50nm金,之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有尿酸酶的
0.35%GTA的酶液滴加於電極表面，待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的尿酸酶，晾乾即製得戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器。所述戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器可採用以下方法製備:在氧化招箔表面先磁控派射一層50nm金,之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有膽固醇酶的1%BSA的酶液滴加於電極表面，待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的膽固醇酶，晾乾即製得戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器。光纖生物傳感系統採用基於酶化學-螢光猝滅聯用原理的光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器。光纖生物葡萄糖傳感器可採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，緩慢加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入聯吡啶釕的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液。光纖生物尿酸傳感器可採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，緩慢加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入尿酸酶的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液。本發明搭建的光纖生物傳感系統採用光源、光纖、光強檢測及光電轉換電路板、信號採集卡和計算機，結合不同的光纖生物傳感材料元件製成的探頭搭建多功能光纖生物傳感系統並設計光路及信號轉換流路，系統相對誤差為0.4%。本發明搭建的生物傳感系統得到的葡萄糖濃度檢測的標準公式為:Υ=2.711Χ3-2.234ΧΧ2+3.414Χ-0.066，R2=0.993，測試範圍為 O 12mM ;尿酸濃度檢測的標準公式為:Y=13.373Χ-2.112，R2=0.948，測試範圍為0.9 5.5mM ;膽固醇檢測的標準公式為:Y=0.009Χ-0.021，R2=0.981。本發明氣體傳感器採用以聚吡咯為氣敏材料，以多孔SiO2為基底的氨氣傳感器。當傳感器檢測到氨氣濃度超過4ppm時,啟動風扇進行排氣,氨氣濃度降到4ppm以下,風扇停止工作，此時處於節能模式。本發明用紅外開關控制整個系統的運行，當有人進入衛生間如廁時，系統開始運行，人離開時，系統延時關閉，此模式為節能狀態。本發明結合紅外開關和氣體傳感器，可簡單、快捷地在如廁過程中進行人體各項指標的檢測分析和健康預警。本發明整合了電流型生物傳感器和螢光型光纖生物傳感器，通過對生化反應產生的電信號和光信號聯合檢測分析，得到尿液中的尿糖尿酸及膽固醇的濃度等多項指標；以人體紅外開關為總控制，自行搭建了數據處理採集系統並編制軟體，將相關數據及相應建議顯示於平板電腦上；安裝了基於聚吡咯的氣體傳感器，當衛生間環境中氨氣等濃度超過限定範圍時自動啟動排氣風扇。將本發明應用於家庭或公共衛生間，在如廁過程中可實現各項人體指標的檢測，跟蹤人體日常健康狀況，有利於及早發現健康異常；以氣體傳感器控制排氣風扇，可節約用電並延長風扇使用壽命。本發明具備拓展功能，可添加生物傳感器，實現對人體其他生化指標的檢測。本發明的技術效果如下:光纖生物傳感器結合光源、光纖、生物敏感元件和光電轉換系統等，與傳統醫療檢測器械相比具有機械化、集成化和商品化的優點。光纖生物傳感器小而輕，便於攜帶；採用的光源及光電轉換元件成本低廉，便於推廣普及；智能化程度高，便於操作使用。可以實現生物醫藥領域的連續、原位及在線檢測分析。光纖生物傳感器的研製和商業化對於健康監測和部分疾病的診斷具有重要的意義。無創性實驗診斷學(Non-1nvasive diagnostics)是指結合多種原理和方法對機體體液(血液、尿液、汗液)進行檢測，可以不引起機體損傷和疼痛便可得到所需實驗結果，適用於家庭使用。本發明中尿糖、尿酸、尿膽固醇等多項指標的檢測均為無創檢測，可實現人體健康狀況的日常追蹤和異常預警，以及時進行進一步的診斷和治療。如持續的高尿糖濃度，可能預示著糖尿病、嗜鉻細胞瘤、甲狀腺機能亢進、肢端肥大症、腎上腺皮質機能亢進和腦腫瘤等疾病。本發明適合家庭和公共衛生間的智能保健檢測，系統傳感靈敏精確，本發明從日常醫療保健的需求出發，綜合光纖生物傳感器和電化學生物傳感器等優勢，應用於家庭和公共衛生間的快速智能保健檢測和顯示，結合紅外開關和氣體傳感器，可簡單、快捷地在如廁過程中進行人體各項指標的檢測分析和健康預警。本發明中尿糖、尿酸、尿膽固醇等多項指標的檢測均為無創檢測。本發明的優勢在於檢測精度高，重複性好。本發明中電化學生物傳感器、光線生物傳感器製備材料均為常見藥品，製備工藝較為簡單，有成本優勢。且本發明添加氣體傳感器，可調控衛生間的氣體環境，排除異味，增加如廁的舒適度。


圖1為本發明實施例的結構組成框圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明實施例設有紅外開關1、電化學生物傳感器2、光纖生物傳感系統
3、氣體傳感器4和電腦5。所述紅外開關I的輸出端分別與電化學生物傳感器2的輸入端、光纖生物傳感系統3的輸入端和氣體傳感器4的輸入端連接；所述電化學生物傳感器2設有電化學生物尿酸傳感器和電化學生物尿膽固醇傳感器，所述電化學生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端和電化學生物尿膽固醇傳感器的尿膽固醇信號輸出端分別與電腦5的輸入埠連接，所述光纖生物傳感系統3設有光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器，所述光纖生物葡萄糖傳感器的尿糖信號輸出端和光纖生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端分別與電腦5的輸入埠連接；所述氣體傳感器4的氣體濃度信號輸出端與電腦5的輸入埠連接；所述電腦5的輸出埠與紅外開關I連接。
所述電化學生物尿酸傳感器可採用戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器；所述電化學生物尿膽固醇傳感器可採用戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器。所述戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器可採用以下方法製備:在氧化招箔表面先磁控派射一層50nm金,之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有尿酸酶的0.35%GTA的酶液滴加於電極表面,待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的尿酸酶，晾乾即製得戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器。所述戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器可採用以下方法製備:在氧化招箔表面先磁控派射一層50nm金,之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有膽固醇酶的1%BSA的酶液滴加於電極表面，待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的膽固醇酶，晾乾即製得戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器。光纖生物傳感系統採用基於酶化學-螢光猝滅聯用原理的光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器。光纖生物葡萄糖傳感器可採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，緩慢加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入聯吡啶釕的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液。光纖生物尿酸傳感器可採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，緩慢加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入尿酸酶的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液。本發明搭建的光纖生物傳感系統採用光源、光纖、光強檢測及光電轉換電路板、信號採集卡和計算機，結合不同的光纖生物傳感材料元件製成的探頭搭建多功能光纖生物傳感系統並設計光路及信號轉換流路，系統相對誤差為0.4%。本發明搭建的生物傳感系統得到的葡萄糖濃度檢測的標準公式為:Υ=2.711Χ3-2.234ΧΧ2+3.414Χ-0.066，R2=0.993，測試範圍為 O 12mM ;尿酸濃度檢測的標準公式為:Y=13.373Χ-2.112，R2=0.948，測試範圍為0.9 5.5mM ;膽固醇檢測的標準公式為:Y=0.009Χ-0.021，R2=0.981。本發明氣體傳感器採用以聚吡咯為氣敏材料，以多孔SiO2為基底的氨氣傳感器。當傳感器檢測到氨氣濃度超過4ppm時,啟動風扇進行排氣,氨氣濃度降到4ppm以下,風扇停止工作，此時處於節能模式。本發明用紅外開關控制整個系統的運行，當有人進入衛生間如廁時(在圖1中，表示為P1)，紅外開關感應、觸發運行整個測試系統，隨著尿液樣品進入反應池，各個傳感器運行檢測各項健康指標，並經過數據採集系統和分析軟體，快速將檢測結果顯示與平板電腦上。如廁過程中，系統中的氣體傳感器自動檢測衛生間氣體氛圍，如超出一定範圍自動啟動風扇，排除異味，增加如廁的舒適度。如廁結束，人離開衛生間時(在圖1中，表示為P2)，紅外開關關閉測試系統，進入休眠狀態(在圖1中，表示為P3)。啟用本發明中的測試軟體，採用相應的傳感元件並設置相關參數，根據標準公式可以實現對尿糖等參數的檢測，並提供相應指標的健康警示建議。其中，醫學上通常定義尿糖濃度0.1 0.SmM時為陰性，而市面上的尿糖計和尿糖試紙則通常認為大於5mM時需要引起重視。為了方便日常使用，在參考市面上其它產品的信息後，本發明設置的濃度範圍及對應健康提示為:O 2.5mM (綠色顯示燈):基本檢不出尿糖，請繼續保持，定期檢測；2.5 5mM (黃色顯示燈):檢出少量尿糖，尿糖與食物、運動有密切關係，請繼續檢測；大於5mM (紅色顯示燈):檢出大量尿糖，請在諮詢醫生的基礎上繼續檢測。

本發明設置的尿酸濃度範圍及對應的健康提示為:O 0.9mM (綠色顯示燈):基本檢不出尿酸，請繼續保持，定期檢測；0.9 4mM (黃色顯示燈):檢出少量尿酸,尿酸與食物、運動有密切關係,請繼續檢測；大於4mM (紅色顯示燈):檢出大量尿酸，請在諮詢醫生的基礎上繼續檢測。本發明設置的膽固醇濃度範圍及對應的健康提示為:O 0.3mM (綠色顯示燈):基本檢不出膽固醇，請繼續保持，定期檢測；大於0.3mM (紅色顯示燈):檢出膽固醇，請在諮詢醫生的基礎上繼續檢測。以下給出具體實施例。實施例1採用本發明中戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/Au/A1203尿酸傳感器對0.2mM尿酸平行測定10次，所得相對標準偏差為0.36%。具體數據如表I。表I
權利要求
1.衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於設有紅外開關、電化學生物傳感器、光纖生物傳感系統、氣體傳感器和電腦；所述紅外開關的輸出端分別與電化學生物傳感器的輸入端、光纖生物傳感系統的輸入端和氣體傳感器的輸入端連接；所述電化學生物傳感器設有電化學生物尿酸傳感器和電化學生物尿膽固醇傳感器，所述電化學生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端和電化學生物尿膽固醇傳感器的尿膽固醇信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接，所述光纖生物傳感系統設有光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器，所述光纖生物葡萄糖傳感器的尿糖信號輸出端和光纖生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接；所述氣體傳感器的氣體濃度信號輸出端與電腦的輸入埠連接；所述電腦的輸出埠與紅外開關連接。
2.如權利要求1所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於所述電化學生物尿酸傳感器採用戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器；所述電化學生物尿膽固醇傳感器採用戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器。
3.如權利要求2所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於所述戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3尿酸傳感器採用以下方法製備:在氧化鋁箔表面先磁控濺射一層50nm金，之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有尿酸酶的0.35%GTA的酶液滴加於電極表面，待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的尿酸酶，晾乾即製得戊二醛固化尿酸酶的Pt納米絨毛/Au/A1203尿酸傳感器。
4.如權利要求2所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於所述戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/AuAl2O3膽固醇傳感器採用以下方法製備:在氧化鋁箔表面先磁控濺射一層50nm金，之後將其浸入0.5mol/L含有2mmol/L鉬氯酸的硫酸溶液中，待電極表面完全變黑後取出用去離子和乙醇反覆淋洗；將含有膽固醇酶的1%BSA的酶液滴加於電極表面，待其自然晾乾後，電極用去離子水淋洗，以去除沒有固化上的膽固醇酶，晾乾即製得戊二醛固化膽固醇酶的Pt納米絨毛/Au/A1203膽固醇傳感器。
5.如權利要求1所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於所述光纖生物傳感系統採用基於酶化學-螢光猝滅聯用原理的光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器。
6.如權利要求5所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於所述光纖生物葡萄糖傳感器採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入聯吡啶釕的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液。
7.如權利要求5所述衛生間智能保健檢測系統，其特徵在於光纖生物尿酸傳感器採用以下方法製備:正矽酸乙酯與蒸餾水以摩爾比1: 4混合，加入pH=2的鹽酸作為催化劑，室溫下封口攪拌至透明溶膠狀，加入尿酸酶的水溶液攪拌均勻後置於4°C下陳化24h形成溶膠混合液，加入質量分數為5%的聚乙烯醇攪拌均勻後在4°C下與葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝液混合攪拌，於凝膠開 始前取一定量注入模具中，蓋上濾紙靜置3h使其凝膠化，注入磷酸鹽緩衝液後於4°C下老化5天，使用蒸餾水衝洗掉表面未固化物質及反應生成的醇類，定期更換磷酸鹽緩衝液 。
全文摘要
衛生間智能保健檢測系統，涉及一種適用於衛生間的檢測設備。設紅外開關、電化學生物傳感器、光纖生物傳感系統、氣體傳感器和電腦；紅外開關輸出端分別與電化學生物傳感器、光纖生物傳感系統和氣體傳感器輸入端連接；電化學生物傳感器設尿酸傳感器和尿膽固醇傳感器，尿酸傳感器的尿酸信號輸出端和尿膽固醇傳感器的尿膽固醇信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接，光纖生物傳感系統設光纖生物葡萄糖傳感器和光纖生物尿酸傳感器，光纖生物葡萄糖傳感器的尿糖信號輸出端和光纖生物尿酸傳感器的尿酸信號輸出端分別與電腦的輸入埠連接；氣體傳感器的氣體濃度信號輸出端與電腦的輸入埠連接；電腦的輸出埠與紅外開關連接。
文檔編號G01N21/64GK103149190SQ20131008595
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者熊兆賢, 葉何蘭, 陳淑嫻, 肖小朋, 陳拉, 張國鋒 申請人:廈門大學