CN106546743B - 一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***和监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***，包括取样装置、405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层、双栅极光电薄膜晶体管阵列，以及信号处理电路。还公开了一种采用上述羊水栓塞血清学指标的实时监测***的监测方法，当检测到血液中ZnCp‑I的值超过安全阈值，或增速过高时，便发出报警信号，让医护人员关注该情况，并进行紧急处理，以达到为产妇和医护人员赢得时间，提高抢救成功率的目的，与现有技术相比，其具备单次测量采样量低、耗时短，高度集成化，以及可进行多次测量的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***和监测方法。
背景技术
羊水栓塞是一种罕见但极其危险的产科疾病，其发病突然，病情发展迅猛，症状凶险，在发病几分钟内，患者便可能生命垂危。因此，在产妇生产过程中密切关注相关的生命体征，并在发现羊水栓塞征兆时，及时进行紧急处理，是抢救羊水栓塞患者的关键。然而，目前医护人员只能在观察到羊水栓塞相关症状时才进行抢救，这无疑缩短了医护人员对症处理的时间，增大了抢救的难度。
若能对产妇体内某些与羊水栓塞有关的指标进行检测，当其出现异常时便发出预警信号，提醒医护人员做好应对羊水栓塞的准备，将使医护人员察觉潜在的危险，抢在发病前对病人展开救治，便可能挽回更多突发羊水栓塞的产妇的生命，乃至让她们得到更好的预后。近年来，针对羊水栓塞相关生化指标的特异性检查，也成为一种对羊水栓塞进行辅助诊断的手段。锌粪卟啉-I(ZnCp-I)是其中一种羊水栓塞相关标记物，其较多存在于羊水及胎粪中，在正常人的血液内浓度极低，而当羊水通过子宫处破损的血管而进入血液循环时，血液中ZnCp-I的浓度将显著上升。因此，对产妇血液内ZnCp-I浓度进行测量，目前已成为针对羊水栓塞的一种辅助诊断方法。目前针对血液中ZnCp-I的检测方法，是对血液样品进行离心分离及高效液相色谱分离后，进行诱导荧光法检测(激发光波长为405nm，检测荧光波长为580nm)，其单次测量采样量大、耗时长，且工序繁琐，与密切监测的要求不相适合。因此，我们需要开发一种新型的监测***，其具备单次测量采样量低、耗时短，高度集成化，以及可进行多次测量的优点，以适应对血液中ZnCp-I进行密切监测的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***和监测方法，在产妇生产过程中对其血液内ZnCp-I浓度指标进行密切监测。当检测到血液中ZnCp-I的值超过安全阈值，或增速过高时，便发出报警信号，让医护人员关注该情况，并进行紧急处理，以达到为产妇和医护人员赢得时间，提高抢救成功率的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***，其特征在于包括：取样装置、405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层、双栅极光电薄膜晶体管阵列，以及信号处理电路。
双栅极光电薄膜晶体管是一种场效应晶体管，其是一种感光器件，感测到的光强变化导致其阈值电压发生变化，进而使得源漏极之间的电流发生变化，因而可以将光强信号转化为电信号，其具有轻便、节能、易于集成的特点。WANG等人提出的双栅极光电薄膜晶体管“智能”像素结构，将传统光检测像素电路里彼此分立的感测、存储、和读取三部分进行集成，由一个双栅极光电薄膜晶体管完成对检测信号的感测、存储和读取，其有像素电路简单、节省空间、高灵敏度、低检测限、低噪声、简化制备和集成工艺、降低生产成本等优点，参见参考文献：K.Wang,H.Ou,J.Chen,"Dual-Gate Photosensitive Thin-Film Transistor-Based Active Pixel Sensor for Indirect-Conversion X-Ray Imaging,"IEEETransactions on Electron Devices,vol.62,no.9,pp.2894-2899,2015.
我们将双栅极光电薄膜晶体管作为核心敏感元件，其按阵列方式排布集成于微流控芯片的检测区下方，在其感光栅极表面铺设580nm滤光层，而检测区上方布设405nmLED激光光源阵列，进行诱导荧光检测，旨在对产妇血浆中的ZnCp-1浓度进行取样低、耗时短、频率高的实时测量。优选地，我们选用高灵敏度双栅极光电薄膜晶体管，例如“智能”像素结构的双栅极光电薄膜晶体管。
进一步地，所述取样装置与所述微流控芯片检测平台相连，所述405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层和双栅极光电薄膜晶体管阵列依次从上至下设置。580nm滤光层铺设于所述双栅极光电薄膜晶体管阵列的感光栅极表面，所述信号处理电路可用于处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列的漏极间电流变化信号。
进一步地，所述405nm激发光源阵列为405nm激光光源阵列或405nm LED光源阵列。
作为一种实施方式，所述微流控芯片检测平台包括血液进样通道、血液临时流道和血液主流道、背景参考信号获取区、废液池、实时血浆光学检测区和血液回流通道。所述血液临时流道和血液主流道分别由所述血液进样通道分支而出并由微阀控制开合，所述背景参考信号获取区两端设有微滤膜，并分别与所述血液临时流道连接，所述废液池与所述血液临时流道连通，所述实时血浆光学检测区两端设有微滤膜，并分别与所述血液主流道连接，所述血液回流通道位于所述血液主流道的后端，并由微阀控制开合。
进一步地，所述背景参考信号获取区由依次设置的抗体固定区和临时检测区组成，所述抗体固定区内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体。
作为另一种实施方式，所述微流控芯片检测平台包括血液进样通道、血浆区、抗体固定区、抗体-抗原解离液输入通道和废液池。所述血浆区一端设有微滤膜，与所述血液进样通道连接，所述抗体固定区内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体，与血浆区另一端连通，所述抗体-抗原解离液输入通道与所述抗体固定区通过微阀连接，所述废液池与血液进样通道的后端和所述抗体固定区连通。
本发明还提供一种羊水栓塞血清学指标的实时监测方法，其特征在于包括以下几个步骤：(1)通过取样装置从产妇体内取微量血液，注入微流控芯片检测平台，将ZnCp-I从血液中分离出来；(2)在微流控芯片检测平台上方，采用405nm激发光源阵列照射经微流控芯片检测平台分离出来的ZnCp-I，使其产生荧光；(3)上述荧光再透过所述微流控芯片检测平台下方的580nm滤光层；(4)荧光中仅有波长为580nm的部分透过，并照射入所述580nm滤光层下方的双栅极光电薄膜晶体管阵列上；(5)信号处理电路处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列的漏极间电流变化信号，并反推产妇血液内ZnCp-I的浓度。
作为一种实施方式，所述(1)步骤中产妇血液通过血液进样通道进入微流控芯片检测平台，并进入血液主流道，通过微滤膜分出一条只允许血浆流过的通道，进入实时血浆光学检测区，对所述实时血浆光学检测区内流过的血浆不作分离和纯化，直接进行后续步骤检测，检测完的血浆再透过微滤膜与血液主流道的血液汇流经血液回流通道而回到人体内。但缺点是，血浆里除了ZnCp-I，可能有其它物质(以下简称杂质)会在450nm激发光照下产生580nm荧光。
进一步地，在(1)步骤之前先取少量产妇血液通过血液进样通道进入微流控芯片检测平台，先进入血液临时流道，通过微滤膜分出一条只允许血浆流过的通道，进入背景参考信号获取区，去除血浆中所有ZnCp-I，对去除了ZnCp-I的血浆用405nm激发光源和580nm滤光层进行诱导荧光检测，得到背景参考信号强度，同时该部分血浆透过微滤膜直接进入废液池；然后再进行权利要求8所述的羊水栓塞血清学指标的实时监测方法的各步骤，在步骤(5)信号处理电路计算时将所测得总信号强度减去背景参考信号强度，即为待测的ZnCp-I的荧光强度，从而反推产妇血液内ZnCp-I的浓度。
作为另一种实施方式，所述(1)步骤中产妇血液通过血液进样通道进入微流控芯片检测平台，用微滤膜分离出血浆后，进入血浆区，然后血浆通过抗体固定区，使得待测物质ZnCp-I固定于抗体固定区，并于抗体固定区进行后续步骤检测，经检测的血液直接进入废液池，在下一次检测前，将抗体-抗原解离液输入抗体固定区使抗体得到再生，以进行下一次检测，用毕的抗体-抗原解离液进入废液池。
本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测***和监测方法，针对羊水栓塞相关标记物——产妇血浆中锌粪卟啉-I(ZnCp-I)进行实时监测，其具备单次测量采样量低、耗时短，高度集成化，以及可进行多次采样，多次测量的优点，适应对血液中ZnCp-I进行密切监测的要求。本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测***，对血液中ZnCp-I的检测下限不高于血浆中浓度1.6nmol/L，有利于利用血液中ZnCp-I进行辅助诊断。
附图说明
图1是本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测***的结构示意图。
图2是本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测***的一种实施方式结构示意图。
图3是本发明羊水栓塞血清学指标的实时监测***中微流控芯片检测平台的一种实施方式结构示意图。
图4是本发明羊水栓塞血清学指标的实时监测***中微流控芯片检测平台的另一种实施方式结构示意图。
其中，各附图标记表示的含义是：
1-取样装置，2-405nm激发光源阵列，3-微流控芯片检测平台，31-血液进样通道，32-血液临时流道，320-背景参考信号获取区，321-抗体固定区，322-临时检测区，33-血液主流道，330-实时血浆光学检测区，34-废液池，35-血液回流通道，36-微阀，37-微滤膜；31’-血液进样通道，32’-血浆区，33’-抗体固定区，34’-废液池，38’-抗体-抗原解离液输入通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，其是本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测***的结构示意图。羊水栓塞血清学指标的实时监测***包括取样装置1、405nm激发光源阵列2、微流控芯片检测平台3、580nm滤光层4、双栅极光电薄膜晶体管阵列5，以及信号处理电路(未图示)。取样装置1与微流控芯片检测平台3相连，405nm激发光源阵列2、微流控芯片检测平台3、580nm滤光层4和双栅极光电薄膜晶体管阵列5依次从上至下设置，信号处理电路用于处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列的漏极间电流变化信号。
优选地，双栅极光电薄膜晶体管阵列5可以是“智能”像素结构的双栅极光电薄膜晶体管，在参考文献：K.Wang,H.Ou,J.Chen,"Dual-Gate Photosensitive Thin-FilmTransistor-Based Active Pixel Sensor for Indirect-Conversion X-Ray Imaging,"IEEE Transactions on Electron Devices,vol.62,no.9,pp.2894-2899,2015中有提到。
作为一种实施方式，如图2，405nm激发光源阵列2是405nm LED光源阵列，由LED灯阵列透过405nm滤光膜6得到。405nm激发光源阵列2也可以是405nm激光光源阵列。
如图3，微流控芯片检测平台3包括血液进样通道31、血液临时流道32和血液主流道33、背景参考信号获取区320、废液池34、实时血浆光学检测区330和血液回流通道35。血液临时流道32和血液主流道33分别由血液进样通道31分支而出并由微阀36控制开合，背景参考信号获取区320两端设有微滤膜37，并分别与血液临时流道32连接，废液池34与血液临时流道32连通，实时血浆光学检测区330两端设有微滤膜37，并分别与血液主流道33连接，血液回流通道35位于血液主流道33的后端，并由微阀36控制开合。背景参考信号获取区320由依次设置的抗体固定区321和临时检测区322组成，抗体固定区321内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体。
实施例2
请参阅图1，羊水栓塞血清学指标的实时监测***包括取样装置1、405nm激发光源阵列2、微流控芯片检测平台3、580nm滤光层4、双栅极光电薄膜晶体管阵列5，以及信号处理电路(未图示)。取样装置1与微流控芯片检测平台3相连，405nm激发光源阵列2、微流控芯片检测平台3、580nm滤光层4和双栅极光电薄膜晶体管阵列5依次从上至下设置，信号处理电路用于处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列的漏极间电流变化信号。
如图4，微流控芯片检测平台3包括血液进样通道31’、血浆区32’、抗体固定区33’、抗体-抗原解离液输入通道38’和废液池34’。血浆区32’一端设有微滤膜37，与血液进样通道31’连接，抗体固定区33’内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体，与血浆区32’另一端连通，抗体-抗原解离液输入通道38’与抗体固定区33’通过微阀36连接，废液池34’与血液进样通道31’的后端和抗体固定区33’连通。
实施例3
请参阅图1、图3，本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测方法，包括以下几个步骤：(1)通过取样装置1从产妇体内取微量血液，注入微流控芯片检测平台3，将ZnCp-I从血液中分离出来；(2)在微流控芯片检测平台3上方，采用405nm激发光源阵列照射经微流控芯片检测平台3分离出来的ZnCp-I，使其产生荧光；(3)上述荧光再透过所述微流控芯片检测平台3下方的580nm滤光层4；(4)荧光中仅有波长为580nm的部分透过，并照射入所述580nm滤光层4下方的双栅极光电薄膜晶体管阵列5上；(5)信号处理电路处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列5的漏极间电流变化信号，并反推产妇血液内ZnCp-I的浓度。
其中，(1)步骤中产妇血液通过血液进样通道31进入微流控芯片检测平台3，微阀36开启使之进入血液主流道33，通过微滤膜37分出一条只允许血浆流过的通道，进入实时血浆光学检测区330，对实时血浆光学检测区330内流过的血浆不作分离和纯化，直接进行后续的(2)(3)(4)(5)步骤检测，检测完的血浆再透过微滤膜37与血液进样通道31的血液汇流经血液回流通道35而回到人体内。
实施例4
请参阅图1、图3，本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测方法，本实施例作为实施例3的优化实施例，还包括事先获取杂质荧光信号强度，将其作为背景参考信号，然后再进行羊水栓塞血清学指标的实时监测。具体步骤是：
先取少量产妇血液通过血液进样通道31进入微流控芯片检测平台3，微阀36开启先进入血液临时流道32，通过微滤膜37分出一条只允许血浆流过的通道，进入背景参考信号获取区320，依次进入抗体固定区321和临时检测区322，对去除了所有ZnCp-I的仅含杂质的血浆在临时检测区322通过诱导荧光检测，得到背景参考信号强度，同时该部分血浆透过微滤膜直接进入废液池；然后再按实施例3的羊水栓塞血清学指标的实时监测方法的各步骤进行，在步骤(5)信号处理电路计算时将所测得总信号强度减去背景参考信号强度，即为待测的ZnCp-I的荧光强度，从而反推产妇血液内ZnCp-I的浓度。
实施例5
请参阅图1、图4，本发明的羊水栓塞血清学指标的实时监测方法，包括以下几个步骤：(1)通过取样装置1从产妇体内取微量血液，注入微流控芯片检测平台3，将ZnCp-I从血液中分离出来；(2)在微流控芯片检测平台3上方，采用405nm激发光源阵列照射经微流控芯片检测平台3分离出来的ZnCp-I，使其产生荧光；(3)上述荧光再透过所述微流控芯片检测平台3下方的580nm滤光层4；(4)荧光中仅有波长为580nm的部分透过，并照射入所述580nm滤光层4下方的双栅极光电薄膜晶体管阵列5上；(5)信号处理电路处理所述双栅极光电薄膜晶体管阵列5的漏极间电流变化信号，并反推产妇血液内ZnCp-I的浓度。
其中，(1)步骤中产妇血液通过血液进样通道31’进入微流控芯片检测平台3，用微滤膜37分离出血浆后，进入血浆区32’，然后血浆通过抗体固定区33’，使得待测物质ZnCp-I固定于抗体固定区33’，并于抗体固定区33’进行后续的诱导荧光检测，经检测的血液直接进入废液池34’，在下一次检测前，将抗体-抗原解离液输入抗体固定区33’使抗体得到再生，以进行下一次检测，用毕的抗体-抗原解离液进入废液池34’。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (4)
1.一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***，其特征在于包括：取样装置、405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层、双栅极光电薄膜晶体管阵列，以及信号处理电路，所述微流控芯片检测平台包括
血液进样通道；
血液临时流道和血液主流道，分别由所述血液进样通道分支而出并由微阀控制开合；
背景参考信号获取区，其两端设有微滤膜，并分别与所述血液临时流道连接；
废液池，与所述血液临时流道连通；
实时血浆光学检测区，其两端设有微滤膜，并分别与所述血液主流道连接；
血液回流通道，位于所述血液主流道的后端，并由微阀控制开合；
所述背景参考信号获取区由依次设置的抗体固定区和临时检测区组成，所述抗体固定区内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体。
2.根据权利要求1所述的羊水栓塞血清学指标的实时监测***，其特征在于：所述取样装置与所述微流控芯片检测平台相连，所述405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层和双栅极光电薄膜晶体管阵列依次从上至下设置。
3.根据权利要求1所述的羊水栓塞血清学指标的实时监测***，其特征在于：所述405nm激发光源阵列为405nm激光光源阵列或405nm LED光源阵列。
4.一种羊水栓塞血清学指标的实时监测***，其特征在于包括：取样装置、405nm激发光源阵列、微流控芯片检测平台、580nm滤光层、双栅极光电薄膜晶体管阵列，以及信号处理电路，所述微流控芯片检测平台包括
血液进样通道；
血浆区，所述血浆区一端设有微滤膜，与所述血液进样通道连接；
抗体固定区，内固定有抗ZnCp-I单克隆抗体，与血浆区另一端连通；
抗体-抗原解离液输入通道，与所述抗体固定区通过微阀连接；
废液池，与血液进样通道的后端和所述抗体固定区连通。
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