血液生化参数快速检测技术的研究

摘要

血液生化检测是常见的医疗诊断方式。快速检测对于诊室急救、野外等场合中得到病人的第一手资料具有重要作用。研制一种血液生化的快速检测仪器具有重要意义。
　　本文主要研究血液生化参数的快速检测技术。检测对象包括血液电解质、血气以及血糖。本文的研究主要包含两个部分。第一，对各检测对象进行单参数检测。本文采用成本低、可批量生产的丝网印刷碳糊电极作为基底电极，采用固态导电聚合物作为内充电解质，制成全固态离子选择性电极及外参比电极，便于运输和储存，为后续的多参数检测打下基础。利用电化学仪对单参数检测电极进行测试测试，包括钠离子、钾离子、钙离子、氯离子、pH、碳酸根离子，得到每个参数校准曲线，重复性和一致性测试结果，测量结果相对标准误差在0.2％-6.5％，能斯特斜率接近理论值，且斜率标准差在±1.5-2.9 mV/decade之间，一致性表现好。制备基于葡萄糖氧化酶的酶电极，对血糖进行检测，当浓度＜5.5 mmol/L时，SD=0.22 mmol/L＜0.42 mmol/L;浓度＞5.5 mmol/L时，CV为1.4％-2.2％＜7.5％，满足血糖仪测量精度要求。同时还提出了基于近红外光谱的人体血糖无损检测方法。被试对象服用葡萄糖后的1.5小时内，一定时间间隔内对被试的手掌进行了7次近红外光谱扫描，同时血糖仪测试被试指尖的精确血糖浓度。6个被试共获得42个样本，采用偏最小二乘法建模。实验结果表明，个体建模预测的精度(0.40mmol/L)优于整体建模预测的精度(0.79 mmol/L)，本方法可用于血糖的无损检测尤其是个体检测。第二，将第一部分研究的七个检测电极集成到同一芯片，制备了多参数血液生化传感器，并与自主研究的便携式电化学分析仪相结合，用于血液生化参数的快速并行检测。对多参数生化传感器的测试分为两个阶段:1.对不同浓度检测对象的混合溶液进行了测量和分析，整体测试时间小于3分钟，测量得到的7个参数相关性均大于0.961。2.对真实血液样本中的进行了测量，测得的精度均接近仪器要求的值。由于实际血液样本成分比较复杂，干扰相对较大，尚有很大改进的空间。本文设计的多参数血液检测传感器具有快速、便捷、低成本、性能稳定等优势。
　　本文重点研究了血液生化成分的快速检测技术，包括血液离子（钠离子、钾离子、钙离子、氯离子）和血气（pH、碳酸根离子、二氧化碳分压）对应电极的设计、制备、测量和计算，血糖电极的设计、制备和测量以及近红外无损血糖的测试，多参数芯片的集成和其在混合溶液及血液中的测试。实验结果表明本文所提出的检测方法快速、方便、精度高、性能稳定。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1．1 研究背景

1．2 血液检测生物化学传感器

1．2．1 离子选择性电极

1．2．2 酶电极

1．3 血液生化研究热点

1．3．1 便携式多参数传感器

1．3．2 无损检测

1．4 论文主要内容与文章结构

2 血液离子检测技术的研究

2．1 钠离子电极的研究

2．1．1 丝网印刷碳电极的制备

2．1．2 固态电解质层的制备

2．1．3 钠离子电极的制备

2．1．4 钠离子电极的检测及分析

2．1．5 全固态参比电极的制备和测试

2．1．6 全固态钠离子传感器的检测及分析

2．2 钾离子电极的研究

2．2．1 钾离子电极的制备

2．2．2 钾离子电极的检测及分析

2．2．3 全固态钾离子传感器的检测及分析

2．3 钙离子电极的研究

2．3．1 钙离子电极的制备

2．3．2 钙离子电极的检测及结果

2．3．3 全固态钙离子传感器的检测及分析

2．4 氯离子电极的研究

2．4．1 氯离子电极的制备

2．4．2 氯离子电极的检测及分析

2．5 本章小结

3 血气检测技术的研究

3．1 pH电极的研究

3．1．1 pH电极的制备

3．1．2 pH电极的检测及分析

3．2 碳酸根电极的研究

3．2．1 碳酸根电极的制备

3．2．2 碳酸根电极的检测及分析

3．2．3 CO2分压的计算

3．3 本章小结

4 血糖检测技术的研究

4．1 葡萄糖酶电极的研究

4．1．1 葡萄糖电极的制备

4．1．2 葡萄糖电极的检测及结果

4．2 血糖无损检测的研究

4．2．1 实验设计及数据采集

4．2．2 建模及预测结果

4．3 本章小结

5 血液生化多参数集成检测技术的研究

5．1．1 多参数集成芯片的设计

5．1．2 多参数集成芯片的制备

5．2 多参数传感器测试仪器

5．3 多参数传感器在标准溶液中的测试

5．4 传感器在血液中的测试

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历