智能呼氣分子診斷系統的透射式光學檢測裝置的製作方法
2023-09-21 15:06:10 1
本實用新型屬於呼氣分子診斷領域，具體涉及檢測人體呼氣中的生物標誌物的呼氣分子診斷系統的檢測裝置。
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能夠快速準確檢測生物標誌物含量的智能呼氣分子診斷系統的透射式光學檢測裝置。
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的透射式光學檢測裝置，用於檢測人體呼出氣體中生物標誌物的含量。所述檢測裝置包括反應池、生物傳感器和光譜分析的光路結構，所述生物傳感器包括能夠與生物標誌物反應並將生物標誌物吸收的反應體，所述反應池內設置有反應腔，所述反應腔能夠連通外部的人體呼出氣體氣源，所述生物傳感器裝設在反應腔處且反應體被封裝在反應腔內，所述光路結構能夠產生光束射入反應腔內並經過反應體後射出反應池形成反應體的吸收光譜。
具體的，所述生物傳感器還包括基體，所述反應體固定安裝在基體上，所述反應腔在反應池形成有與外部連通的入口，所述反應體自入口處伸入反應腔內，所述基體封蓋在反應池的入口上將反應體封閉在反應腔內。
優選的，所述反應體呈片狀結構，所述基體上間隔地安裝有多個反應體。
進一步的，所述反應體立在基體上，所述多個反應體相互平行，所述光路結構射入反應腔的光束依次穿過多個反應體後射出反應池。
具體的，所述反應池上具有入射端面、出射端面、第一反射面和第二反射面，所述入射端面接受所述光路結構產生的光束並將光束引導射在第一反射面上，所述第一反射面將光束反射至反應腔內的反應體上，光束穿過反應體射在第二反射面上，所述第二反射面將光束反射至出射端面，所述光束經出射端面射出反應池。
具體的，所述入射端面和出射端面均在反應池上形成透鏡結構。
具體的，所述光路結構包括能夠產生光束的光源、第一準直透鏡、第一聚焦透鏡、第二準直透鏡、第二聚焦透鏡、狹縫、第三準直透鏡、光柵、第三聚焦透鏡和光電探測器，所述光源產生的光束依次經第一準直透鏡和第一聚焦透鏡射入反應池的入射端面，自反應池的出射端面出射的光束依次經第二準直透鏡和第二聚焦透鏡聚焦在狹縫處，自狹縫出射的光束經第三準直透鏡到達光柵處，所述光束在光柵處衍射並經第三聚焦透鏡成像在光電探測器上獲得反應體的吸收光譜。
進一步的，所述第一準直透鏡的光軸、第一聚焦透鏡的光軸和反應池的入射端面的光軸重合。
進一步的，所述第二準直透鏡的光軸、第二聚焦透鏡的光軸和反應池的出射端面的光軸重合。
優選的，所述反應體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反應體。
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（但不限於）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的透射式光學檢測裝置採用生物傳感器的反應體與人體呼出的氣體中的生物標誌物反應並通過能夠對反應體進行光譜分析的光路結構檢測吸收生物標誌物後的反應體，快速、準確地檢測出人體呼出氣體的生物標誌物的含量，靈敏度、可靠性高。
附圖說明
圖1為本實用新型智能呼氣分子診斷系統的透射式光學檢測裝置的光路結構示意圖；
圖2為生物傳感器的結構示意圖；
圖3為反應池的結構示意圖；
其中：1、光源；2、第一準直透鏡；3、第一聚焦透鏡；4、第二準直透鏡；5、第二聚焦透鏡；6、狹縫；7、第三準直透鏡；8、光柵；9、第三聚焦透鏡；10、光電探測器；100、反應池；101、反應腔；102、入射端面；103、出射端面；104、第一反射面；105、第二反射面；200、生物傳感器；201、反應體；202、基體。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，本實用新型所述的一種智能呼氣分子診斷系統的透射式光學檢測裝置，用於檢測人體呼出氣體中的生物標誌物的含量。智能呼氣分子診斷系統的透射式光學檢測裝置包括反應池100、生物傳感器200和光譜分析的光路結構。
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。
所述生物傳感器200包括能夠與生物標誌物反應並將生物標誌物吸收的反應體201和基體202。所述反應體201呈片狀結構，所述基體202上間隔地安裝有多個反應體201。所述反應體201立在基體202上，所述多個反應體201相互平行且隔離。本實施例的反應體201包括載體和細胞色素C。所述載體為氣溶膠，氣溶膠通過溶膠凝膠法製成，所述細胞色素C分布在氣溶膠內形成納米結構的反應體201。為了控制反應體201的厚度，通過開模形成容納反應體201的容腔，在容腔內讓氣溶膠和細胞色素C定型，反應體201的厚度控制在1mm以下。
所述反應池100內設置有反應腔101，所述反應腔101能夠連通外部的人體呼出氣體氣源。即能夠將外部採集的人體呼出氣體的樣本導入反應腔101中。所述生物傳感器200裝設在反應腔101處且反應體201被封裝在反應腔101內。具體的說，所述反應腔101在反應池100形成有與外部連通的入口，所述反應體201自入口處伸入反應腔101內，所述基體202封蓋在反應池100的入口上將反應體201封閉在反應腔101內。這樣，人體呼出氣體中的生物標誌物能夠充分與反應體201中的細胞色素C反應將生物標誌物吸收在反應體201內。
所述反應池100為能夠讓光束穿過的透明體。所述反應池100上具有入射端面102、出射端面103、第一反射面104和第二反射面105。第一反射面104和第二反射面105分設反應腔101的兩側。所述入射端面102和出射端面103均在反應池100上形成透鏡結構。
所述光路結構包括能夠產生光束的光源1、第一準直透鏡2、第一聚焦透鏡3、第二準直透鏡4、第二聚焦透鏡5、狹縫6、第三準直透鏡7、光柵8、第三聚焦透鏡9和光電探測器10。所述第一準直透鏡2的光軸、第一聚焦透鏡3的光軸和反應池100的入射端面102的光軸重合。所述第二準直透鏡4的光軸、第二聚焦透鏡5的光軸和反應池100的出射端面103的光軸重合。
所述光源1產生的複色光的光束依次經第一準直透鏡2分成多束平行光，再經第一聚焦透鏡3聚焦後射入反應池100的入射端面102。所述入射端面102將光束引導設在第一反射面104上。所述第一反射面104將光束反射至反應腔101內的反應體201上。光束依次穿過相互平行的多層反應體201射在第二反射面105上。所述第二反射面105將光束反射至出射端面103，所述光束經出射端面103射出反應池100。自反應池100的出射端面103出射的光束依次經第二準直透鏡4和第二聚焦透鏡5聚焦在狹縫6處，自狹縫6出射的光束經第三準直透鏡7到達光柵8處。所述光束在光柵8處衍射並經第三聚焦透鏡9成像在光電探測器10上獲得生物傳感器200的反應體201的吸收光譜。
通過比較未吸收生物標誌物之前的反應體201的光譜和吸收生物標誌物後的反應體201的吸收光譜，能夠獲得人體呼出氣體中的生物標誌物的含量。準確度、精度均非常高。
生物傳感器中反應體201的片狀結構使反應體201的厚度小，能夠快速與生物標誌物反應。同時光的吸收係數與光經過的反應體201的厚度相關，光經過的厚度越厚越能保證光被吸收的充分性，多層反應體201間隔設置能夠保證光經過的反應體201的厚度，還能夠充分、完全地將人體呼出氣體的樣品中的生物標誌物吸收。保證檢測結果的靈敏度和可靠性。
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。