智能呼氣分子診斷系統的製作方法

2023-06-03 08:06:46 1

本實用新型屬於呼氣分子診斷領域，具體涉及以人體呼出的化合物為檢測標誌物的呼氣分子診斷系統裝置。

背景技術：

正常人體呼出的氣體中,除了氮、 氧和二氧化碳之外,還包含著其他許多種化合物,通過檢測這些化合物的含量即可診斷疾病。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院近日公布的一項研究成果表明，每個人在呼吸時呼出的化合物和人類的指紋一樣獨一無二，醫生甚至可以根據這些化合物來診斷疾病。同時，由於呼氣測試法還能獲得與尿液檢查以及血液檢查相近的結果，因此未來不但可以用來診斷疾病，還可能會用於運動員興奮劑檢測。 該項研究成果已經發表在國際權威生物學類學術雜誌《PLoS ONE》上。

在歐美國家，呼氣分子診斷已成為呼吸系統及消化系統的金標技術，並用於心肺、腸胃、腎肝、糖尿病及癌症等疾病的醫學研究與臨床檢驗，被期望用於常見病、多發病、慢性病、流行病與職業病的基層篩查及家庭自檢。

由於人體呼出氣體中的生物標誌物濃度極低，以ppb即10億分之幾為單位計，精確測定其濃度非常困難。

當前呼吸分析儀器仍主要依賴於大且昂貴的儀器，例如氣相色譜儀(GC)及質譜儀(MS)，使得這些儀器不能廣泛地應用。

還有的呼吸分析儀器是以電化學檢測原理製成的檢測裝置，雖然體積小、但無法實現連續動態監測生物標誌物、檢測費用高、特異性差等局限性，不能充分滿足臨床需求。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種特異性好、準確性高、成本低、具有高頻動態檢測、無線傳輸及大數據分析功能的智能呼氣分子診斷系統。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用的一種技術方案是：一種智能呼氣分子診斷系統，用於檢測人體呼出氣體中的生物標誌物含量。所述智能呼氣分子診斷系統包括依次連接的取樣模塊、存儲模塊、送樣模塊、檢測模塊以及分別與取樣模塊、存儲模塊、送樣模塊和檢測模塊連接的控制分析模塊。所述取樣模塊能夠對人體呼出的氣體間隔地取出定量的氣體樣本並送入存儲模塊。所述存儲模塊具有多個存儲單元，所述多個存儲單元能夠依次存放取樣模塊送來的氣體樣本。所述送樣模塊能夠抽取存儲模塊內存放的氣體樣本並經過淨化處理送入檢測模塊。所述檢測模塊包括生物傳感器、反應池和光譜分析單元。所述反應池內具有與送樣模塊連通的反應腔，所述生物傳感器具有能夠伸入反應腔中的生物晶片，所述生物晶片能夠與氣體樣本中的生物標誌物反應並將生物標誌物吸收，所述光譜分析單元具有能夠檢測生物晶片吸收生物標誌物前後的光譜的光路結構。所述控制分析模塊能夠分別控制取樣模塊、存儲模塊、送樣模塊和檢測模塊工作，所述控制分析模塊還能夠獲取檢測模塊的生物晶片吸收生物標誌物前後的光譜並對光譜進行數據處理獲得人體呼出氣體的生物標誌物含量。

具體的，所述取樣模塊包括與人體的嘴部或鼻腔相接的呼氣採樣嘴、與呼氣採樣嘴連通的氣體管路和取樣管路，所述氣體管路中設置有取樣閥，所述取樣閥連接取樣管路，所述取樣管路與存儲模塊連通，所述控制分析模塊與取樣閥連接並能夠控制取樣閥切換狀態使取樣閥能夠對人體呼出氣體多次定量取樣。

具體的，所述多個存儲單元的儲氣體積相等，所述多個存儲單元分別與取樣模塊以及送樣模塊連接。

具體的，所述送樣模塊包括通過氣路依次連接的氣泵、氣閥、過濾單元、乾燥單元和幹擾氣體去除單元，所述氣泵與存儲模塊連接並能將存儲模塊中存放的氣體樣本抽取送入送樣模塊的氣路中，所述氣體樣本依次經氣閥、過濾單元、乾燥單元和幹擾氣體去除單元進入反應池的反應腔，所述氣閥能夠控制送樣模塊的氣路的導通/關斷，所述過濾單元能夠去除氣體樣本中的顆粒物，所述乾燥單元能夠去除氣體樣本中的水汽使氣體樣本乾燥，所述幹擾氣體去除單元能夠去除氣體樣本中除生物標誌物外能夠與生物晶片反應的幹擾氣體。

優選的，所述生物傳感器上設置有多個生物晶片，所述控制分析模塊能夠控制多個生物晶片按序進入反應池的反應腔中。

具體的，所述生物傳感器具有能夠旋轉的轉盤，所述多個生物晶片沿轉盤的周向分布在轉盤的邊緣處，所述反應池的反應腔位於所述轉盤的邊緣處，所述生物傳感器與反應腔配合的位置為檢測位，當轉盤轉動使生物晶片到達檢測位時，所述生物晶片被封閉入反應腔內。

進一步的，所述轉盤的邊緣沿轉盤的周向設置有多個凹槽，所述生物晶片容置在凹槽內，所述生物傳感器通過保護膜和密封圈將生物晶片封裝在凹槽內，所述凹槽在轉盤表面形成窗口，所述密封圈圍繞在窗口的外周，所述保護膜封蓋在密封圈和凹槽的窗口上使生物晶片被密封在凹槽內，當轉盤轉動使生物晶片到達檢測位時，所述反應池能夠將保護膜掀開使生物晶片露出在反應腔內並同時使生物晶片封閉在反應腔內。

優選的，所述生物晶片包括載體和 細胞色素C，所述載體為氣溶膠，所述 細胞色素C分布在氣溶膠內形成納米結構的生物晶片。

優選的，所述智能呼氣分子診斷系統還包括與控制分析模塊連接的無線通信模塊，所述控制分析模塊能夠將檢測模塊檢測獲得的數據分析處理後通過無線通信模塊與外部無線終端或雲伺服器通信並將信息傳遞給外部無線終端或存儲在雲伺服器中。

本實用新型的範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案等。

由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：智能呼氣分子診斷系統通過取樣模塊對人體呼出氣體多次取樣，為後續的多次檢測提供氣體樣本；通過送樣模塊去除氣體樣本中的幹擾物質，提高檢測結果的準確性；採用生物傳感器的生物晶片與人體呼出的氣體中的生物標誌物反應並通過能夠對生物晶片進行光譜分析的光路結構檢測吸收生物標誌物前後的生物晶片，檢測方式新穎，能夠獲得生物晶片的連續光譜，檢測精度高，可靠性好。

附圖說明

圖1為本實用新型智能呼氣分子診斷系統的模塊連接示意圖；

圖2為取樣模塊的結構示意圖；

圖3為存儲模塊的立體結構示意圖；

圖4為送樣模塊的模塊連接示意圖；

圖5為轉盤的立體結構示意圖；

圖6為生物傳感器的局部剖視圖；

圖7為檢測模塊的一實施例的結構示意圖；

其中：1、取樣模塊；2.存儲模塊；3、送樣模塊；4、檢測模塊；5、控制分析模塊；6、無線通信模塊；11、呼氣採樣嘴；12、氣體管路；13、取樣管路；14、取樣閥；21、存儲單元；31、氣泵；32、氣閥；33、過濾單元；34、乾燥單元；35、幹擾氣體去除單元；100、生物傳感器；101、轉盤；102、凹槽；103、保護膜；104、密封圈；105、生物晶片；200、反應池；201、反應腔；300、光譜分析單元。

具體實施方式

如圖1至圖7所示，本實用新型所述的一種智能呼氣分子診斷系統，是用於檢測人體呼出氣體中的生物標誌物含量。本文中所述的生物標誌物是指人體呼出氣體中的化合物，臨床上普遍公認並用於診斷疾病的標誌物，比如一氧化氮、一氧化碳、氫氣、甲烷、氨氣、醛和硫化物等人體呼出的化合物或呼氣分子。所述智能呼氣分子診斷系統包括依次連接的取樣模塊1、存儲模塊2、送樣模塊3、檢測模塊4和分別與取樣模塊1、存儲模塊2、送樣模塊3和檢測模塊4連接的控制分析模塊5，以及與控制分析模塊5連接的無線通信模塊6。

所述控制分析模塊5能夠分別控制取樣模塊1、存儲模塊2、送樣模塊3和檢測模塊4工作，所述控制分析模塊5還能夠獲取檢測模塊4的生物晶片105吸收生物標誌物前後的光譜並對光譜進行數據處理獲得人體呼出氣體中生物標誌物的含量。所述控制分析模塊5能夠將檢測模塊4檢測獲得的數據分析處理後通過無線通信模塊6與外部無線終端或雲伺服器通信並將信息傳遞給外部無線終端或存儲在雲伺服器中。將檢測數據無線傳輸給醫生、患者、醫療機構以及研發機構，通過資料庫的分析，為臨床診療疾病提供依據、優化診療方案、跟蹤隨訪、預防急性發作等方面均發揮重要作用。

所述取樣模塊1能夠對人體呼出的氣體間隔地取出定量的氣體樣本並送入存儲模塊2。具體的說，如圖2所示，所述取樣模塊1包括與人體的嘴部或鼻腔相接的呼氣採樣嘴11、與呼氣採樣嘴11連通的氣體管路12和取樣管路13。所述氣體管路12中設置有取樣閥14，所述取樣閥14連接取樣管路13，所述取樣管路13與存儲模塊2連通，所述控制分析模塊5與取樣閥14連接並能夠控制取樣閥14切換狀態使取樣閥14能夠對人體呼出氣體多次定量取樣。這樣，無需區分人體呼出氣體的總量來確定生物標誌物的含量，排除了因人體自身原因呼出氣體總量不確定的影響。大大提高了檢測的準確度。

如圖3所示，所述存儲模塊2具有多個存儲單元21，所述多個存儲單元21能夠依次存放取樣模塊1送來的氣體樣本。所述多個存儲單元21的儲氣體積相等，所述多個存儲單元21分別與取樣模塊1以及送樣模塊3連接。所述存儲模塊2通過管路設計能夠依次存儲取樣閥14送來的氣體樣本以及依次將存儲單元21接入送樣模塊3種為送樣模塊3提供氣體樣本。

所述送樣模塊3能夠抽取存儲模塊2內存放的氣體樣本並經過淨化處理送入檢測模塊4。如圖4所示，具體的說，所述送樣模塊3包括通過氣路依次連接的氣泵31、氣閥32、過濾單元33、乾燥單元34和幹擾氣體去除單元35。所述氣泵31與存儲模塊2連接並能將存儲模塊2中存放的氣體樣本抽取送入送樣模塊3的氣路中。所述氣體樣本依次經氣閥32、過濾單元33、乾燥單元34和幹擾氣體去除單元35進入檢測模塊4中。所述氣閥32能夠控制送樣模塊3的氣路的導通/關斷，所述過濾單元33能夠去除氣體樣本中的顆粒物，所述乾燥單元34能夠去除氣體樣本中的水汽使氣體樣本乾燥，所述幹擾氣體去除單元35能夠去除氣體樣本中除生物標誌物外能夠與生物晶片105反應的幹擾氣體，比如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等化合物。這樣，能夠有效提高檢測結果的準確性。

如圖7所示，所述檢測模塊4包括生物傳感器100、反應池200和光譜分析單元300。所述反應池200內具有與送樣模塊3的幹擾氣體去除單元35連通的反應腔201。所述生物傳感器100具有能夠伸入反應腔201中的生物晶片105，所述生物晶片105能夠與氣體樣本中的生物標誌物反應並將生物標誌物吸收。所述光譜分析單元300具有能夠檢測生物晶片105吸收生物標誌物前後的光譜的光路結構。

所述生物傳感器100上設置有多個生物晶片105，所述控制分析模塊5能夠控制多個生物晶片105按序進入反應池200的反應腔201中。本實施例中，如圖5和圖6所示，所述生物傳感器100具有能夠旋轉的轉盤101。所述多個生物晶片105沿轉盤101的周向分布在轉盤101的邊緣處。所述反應池200的反應腔201位於所述轉盤101的邊緣處。所述生物傳感器100與反應腔201配合的位置為檢測位，當轉盤101轉動使生物晶片105到達檢測位時，所述生物晶片105被封閉入反應腔201內。

具體的說，所述轉盤101的邊緣沿轉盤101的周向設置有多個凹槽102，所述生物晶片105容置在凹槽102內。所述生物晶片105包括載體和 細胞色素C，所述載體為氣溶膠，所述 細胞色素C分布在氣溶膠內形成納米結構的生物晶片105。通過機械開模的方式在轉盤101上形成容置生物晶片105的凹槽102，能夠有效控制生物晶片105的厚度，大大提高了多個生物晶片105的一致性，使檢測的結果可靠性大大提高。所述生物傳感器100通過保護膜103和密封圈104將生物晶片105封裝在凹槽102內。所述凹槽102在轉盤101表面形成窗口，所述密封圈104圍繞在窗口的外周，所述保護膜103封蓋在密封圈104和凹槽102的窗口上使生物晶片105被密封在凹槽102內。當轉盤101轉動使生物晶片105到達檢測位時，所述反應池200能夠將保護膜103掀開使生物晶片105露出在反應腔201內並同時使生物晶片105封閉在反應腔201內。這樣，能夠有效保證 細胞色素C的活性，降低 細胞色素C失活的可能。進而有效保證了檢測的有效性。

根據上述，本實用新型的智能呼氣分子診斷系統通過取樣模塊1對人體呼出氣體多次取樣，為後續的多次檢測提供氣體樣本.通過送樣模塊3去除氣體樣本中的幹擾物質，提高檢測結果的準確性。採用生物傳感器100的生物晶片105與人體呼出的氣體中的生物標誌物反應並通過能夠對生物晶片105進行光譜分析的光路結構檢測吸收生物標誌物前後的生物晶片105，檢測方式新穎，能夠獲得生物晶片105的連續光譜，檢測精度高，可靠性好。通過生物晶片105吸收生物標誌物前後的光譜分析獲得人體呼出氣體中生物標誌物的含量，為後續的氣道炎症的診斷、治療提供準確的檢測數據，有效幫助患者治療氣道炎症相關的疾病。

如上所述，我們完全按照本實用新型的宗旨進行了說明，但本實用新型並非局限於上述實施例和實施方法。相關技術領域的從業者可在本實用新型的技術思想許可的範圍內進行不同的變化及實施。