基于微流控技术的生化检测仪结构设计与误差分析

摘要

灾害救护、战场救治、疫情防护以及中小型医疗门诊检测等应用条件下，伤员/病人生化指标的检测有着至关重要的作用。常见的生化检测仪体积庞大、环境条件要求高，不适用于灾害、野外环境；全自动化生化检测仪大多操作复杂、造价昂贵，难以普及到基层医疗机构。因此，研制出体积小、多参数、精度高、易操作、价格低、适用广的微小型急诊生化检测仪，能有效提高我国医疗检测水平，具有重大的社会价值。　　针对灾害救护、战场救治、疫情防护以及中小型医疗门诊检测等快速准确获取伤患者生化指标的应用需求，以血液中的钾离子、葡萄糖、氯离子等22项生命指标为检测对象，开展了基于微流控技术的微小型急诊生化检测仪的结构优化设计与误差分析的研究。提出了结合离心式微流控试剂盘、LED光源和光敏管检测的生化检测技术方案，根据技术方案和仪器结构的设计要求，完成了微小型急诊生化检测仪的结构优化设计，突破了微流控试剂盘研发、仪器的可靠性设计、恒温控制等关键技术，解决了仪器内部优化布局和微系统集成等技术难点，成功研发出生化检测仪样机，对样机进行了误差分析，提出了各个误差源的补偿方法，并在重庆新桥医院进行了样机各个系统模块的性能评价和临床对比试验。结果表明，设计的微小型急诊生化检测仪初步到达了临床要求。　　论文主要的研究工作是：　　①查阅了生化检测相关文献，总结目前生化检测仪的优点和缺点，明确本文的研究目标和研究内容;　　②分析了仪器生化检测原理以及微流控试剂盘离心受力情况，根据仪器设计要求，提出了结合离心式微流控试剂盘、LED与光敏管的检测技术方案；　　③设计了微流控试剂盘、光电检测系统、离心分离系统、恒温系统以及仪器内部各个部件的稳定结构，对仪器内部各个系统模块进行了合理布局，设计了仪器外壳，完成了微小型生化检测仪整机结构的优化设计；　　④根据结构设计方案，提出各个零部件的加工要求，装配出样机，分析了仪器各个误差源对测量结果的影响并提出相应的补偿措施；　　⑤对仪器样机进行了性能评价，并通过临床对比试验对仪器样机测试结果进行了对比分析，结果表明，仪器样机基本达到了临床使用要求。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及主要研究内容

1.4 本章小结

2 仪器原理与结构总体方案

2.1 生化检测原理

2.1.1 朗伯-比尔定律

2.1.2 吸光度测定方法

2.2 微流控试剂盘设计原理

2.2.1 试剂盘受力分析

2.2.2 泵和阀门

2.3 仪器的结构设计方案

2.3.1 仪器检测指标及设计要求

2.3.2 总体结构方案

2.4 本章小结

3 仪器的系统结构设计

3.1 离心式微流控试剂盘

3.1.1 制作工艺

3.1.2 试剂盘结构设计

3.2 光电检测系统

3.2.1 结构概述

3.2.2 光源和光电检测器

3.2.3 光电检测系统结构设计

3.3 恒温系统结构设计

3.2.1 恒温方案

3.3.2 恒温室

3.4 其它固定结构的设计

3.4.1 风扇固定结构

3.4.2 显示屏固定结构

3.4.3 开关支座

3.5 急诊生化检测仪系统集成

3.5.1 仪器内部分布

3.5.2 仪器内部模块集成

3.5.3 外壳设计

3.5.4 仪器整机系统集成

3.6 本章小结

4 仪器装配与误差分析

4.1 急诊生化检测仪的系统装配

4.1.1 零部件加工要求

4.1.2 离心分离系统装配

4.1.3 恒温室装配

4.1.4 仪器内部装配

4.1.5 仪器整机装配

4.2 急诊生化检测仪误差分析

4.2.1 测量原理误差

4.2.2 加工误差

4.2.3 性能误差

4.3 本章小结

5 仪器性能验证与临床对比试验

5.1 离心分离系统性能验证

5.2 光电检测系统性能验证

①光谱特性

③ 稳定性和吸光度范围

③重复性

5.3 恒温系统性能验证

5.4 临床对比试验

5.5 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 后续工作的展望

参考文献

附 录

学位论文数据集

致 谢