双通道自校准多参数快速全血生化分析传感器

摘要

本发明公开了一种双通道自校准多参数快速全血生化分析传感器，包括上层亲水性覆膜、下层传感器基片和标定液包，下层传感器基片上设有标定液通道和测试液通道，各通道均由注入区、微流沟道和废液回收池构成，两微流沟道内对称排列有若干对血液化学、血液电解质和血气测量电极，分别构成标定电极阵列和测量电极阵列，每对电极的两个工作电极上固化有相同种类的参与发生测量反应的生物化学试剂，每对电极之间固定上不同种类的酶或电解质和血气敏感物质。本发明利用同一批次制作、且紧密相邻的电极具有高度一致性和简单的双通道结构解决了快速全血分析中的现场标定问题，无需附加机电结构，大大提高测量速度、降低测试成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物传感器，尤其是涉及一种双通道自校准多参数快速全血生化分析传感器。

背景技术

临床生化检验是血液成分分析不可或缺的手段。传统临床生化检验在医院的大型生化分析仪上进行，需要检测样本无污染传递、经由专业操作人员执行，耗时且昂贵，无法适应家庭医疗的趋势，也无法满足手术、急诊、野外救护等“时间就是生命”场合的需求。床边检验(Point of CareTesting-POCT)能让医生在最短的时间内做出最有效率的临床判断，给医疗带来革命性进展。目前，床边检验项目主要集中在血液生化、血液电解质、血气和血凝速度分析上。POCT可在医院的急诊室、手术室、门诊及病人床边进行；也可以在医院外的诊所、医务室、救护车、事故现场、献血现场、家庭、招聘点等场合进行。可以缩短检验周期、对病人及时做出诊断和进行治疗、防止急性病情恶化，有助于医疗急救，也可由病人在家里自测，对疾病加以监控。

应用在POCT中，常用的生化检测技术手段有光学和电化学两种。由于电化学技术从所需的设备相对简单(无须复杂的光学系统)、成本较底、操作简单等优势，更适合床边检测这一目的。技术发展趋势上，电化学方法正得到广泛应用。例如，在血糖床边测试方面，由于电化学检测技术的发展，目前传统的光学检测方法基本上被电化学检测技术所替代。目前在美国市场主要POCT产品有：i-STAT公司生产的i-STAT手持式血气/pH+电解质分析仪，IRMA 2000型手提式血气电解质分析仪等。电化学传感技术虽然经过了多年的研究和发展，但是其在稳定性上和临床要求还是有一定的差距。解决这一问题的最切实可行的手段是“现场标定”。但是目前文献和专利报道中对标定液和被测血液的流体控制多比较复杂，需要泵、阀等控制元件，例如i-STAT公司生产的i-STAT手持式血气/pH+电解质分析仪。

发明内容

本发明提供了一种成本低廉、在现场标定中无需附加机电结构，针对血液生化/电解质和血气等临床生化检验中最为基础和重要的检测内容的双通道自校准多参数快速全血分析阵列传感器。

一种双通道自校准多参数快速全血生化分析传感器，包括上层亲水性覆膜、下层传感器基片、设于上层亲水性覆膜和下层传感器基片之间的标定液包，所述的下层传感器基片上设有标定液通道和测试液通道，各通道均由注入区、微流沟道和废液回收池构成，两微流沟道内对称排列有若干对血液化学、血液电解质和血气测量电极，分别构成标定电极阵列和测量电极阵列，标定电极阵列和测量电极阵列组成传感器阵列，每对电极的两个工作电极上固化有相同种类的参与发生测量反应的生物化学试剂，每对电极之间固定上不同种类的酶或电解质和血气敏感物质。

所述的标定液通道和测试液通道分别用于传感器阵列的标定和测量。

所述的微流沟道内壁均经亲水处理。

所述的上层亲水性覆膜和下层传感器基片配合处设有对应待测液通道的注入口。

测量电极阵列包含若干个葡萄糖和其他酶电极，钾、钙、钠、氢等离子敏电极以及血氧、二氧化碳等敏感电极。

标定电极阵列包含若干与测量电极阵列对应的葡萄糖和其他酶电极，钾、钙、钠、氢等离子敏电极以及血氧、二氧化碳等敏感电极。

本发明将几种不同的酶试剂、电解质和溶解气体敏感物质固化于同一块基片的不同的电极上，综合了血气、电解质和生化物质快速检验，是一个典型的POCT设备，不需要对新鲜血液进行离心分离等预处理，就能同时对血液中pH，pCO₂，PO₂，Na⁺，K⁺，Ca⁺⁺，葡萄糖等多项参数进行的快速检测，反映患者呼吸系统的工作状态、血液酸碱平衡和离子浓度、代谢情况，含量。本发明利用虹吸原理由注入口吸入待测液，同时释放出标定液包中的标定液，利用同一个生产批次内、相邻电极的高度一致性和简单的双通道结构解决了快速全血分析中的现场标定问题，无需附加的机电结构(如电机、泵等)。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中，1-下层传感器基片  2-上层亲水性覆膜  3-导电电极接头  4-标定液包及存储池  5-标定液微流沟道  6-测量电极阵列  7-标定电极阵列  8-测试液吸入口  9-测试全血样本微流沟道  10-电极导线  11-测试液回收池  12-标定液回收池

具体实施方式

如图1所示，一种双通道自校准多参数快速全血生化分析传感器，包括上层亲水性覆膜2、下层传感器基片1、设于上层亲水性覆膜2和下层传感器基片1之间的标定液包4，下层传感器基片1上设有标定液通道和测试液通道，标定液通道由标定液注入区4、微流沟道5、标定液废液回收池12构成。测试液通道由待测液注入区8、微流沟道9、待测液废液回收池11构成。

两微流沟道5、9内对称排列有若干对血液化学、血液电解质和血气测量电极，分别构成标定电极阵列7和测量电极阵列6，每对电极的两个工作电极上固化有相同种类的参与发生测量反应的生物化学试剂，每对电极之间固定上不同种类的酶或电解质和血气敏感物质。

测量电极阵列6包含若干个葡萄糖和其他酶电极，钾、钙、钠、氢等离子敏电极以及血氧、二氧化碳等敏感电极。

标定电极阵列7包含若干与测量电极阵列对应的葡萄糖和其他酶电极，钾、钙、钠、氢等离子敏电极以及血氧、二氧化碳等敏感电极。

测试时，当传感器插入相应测量仪表时，标定液包4受固定在仪表上机械突起的挤压后破碎，释放出的标定液流经微流沟道5，在标定电极阵列7上发生反应，所产生的电信号由测量仪表记录，与已知的标定液各成分浓度比较、修正测量仪表参数，达到标定传感器的效果。

当待测液注入测试液吸入口8，在微流沟道9的毛细作用下流经测试电极阵列6，在测试电极阵列6上发生反应，进行各个参数的测试。

由于标定电极阵列7和测试电极阵列6同一批次制作、且紧密相邻，因此同一对上的测试电极和标定电极性能基本一致。当待测液和已知各浓度参数的标定液在短时间内分别流经标定电极阵列7和测试电极阵列6，完成传感器的现场标定数据采集和现场测量数据采集；现场标定数据用于校准现场测量数据，以消除测量环境和存储时间对测量精度的影响、提高测量准确性；最后，待测液和标定液分别流向待测液废液回收池11和标定液废液回收池12。

本发明利用同一批次制作、且紧密相邻的电极的一致性和双通道微流控结构解决了快速全血分析中的现场标定问题，不需要附加的机电结构。采用这种设计可以大大简化芯片的设计和制造成本。

快速全血分析检测芯片的上下基片可以由聚碳酸酯，聚乙酯等高分子聚合材料制成，这些材料不导电，柔韧，而且有一定的硬度和强度。将酶试剂和电子传递媒介体固化在电极表面构成生物元件，沟槽内的血液会分别与这些酶电极发生不同的化学反应，从而可以测量血液中的各种离子、血气和葡萄糖等成分的浓度。