CN108872193B - 一种基于sers技术的体液检验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗检测领域，涉及一种基于表面增强拉曼光谱检测技术的体液检测装置。包括计算机、检测盒、检测卡以及取样器；检测盒体上分别设置有安装检测卡、激光源、分光器、滤光片的插槽，检测卡包括容置腔，容置腔下表面为SERS增强基底；所述取样器为毛细针取样器，包括取样器外壳和取样栓。可拆卸和组合的功能实现多种激光源、分光计、滤光片的插拔式组合。取样器为毛细针取样器，在取样时对身体的伤害很小，且实现了微创取样，此外毛细针取样器在取样液体时可以避免吸入大体积的杂质。
Description
技术领域
本发明属于医疗检验领域，涉及一种体液检验装置，具体涉及一种基于表面增强拉曼光谱检验技术的体液检验装置。
背景技术
SERS光谱技术具有高检验灵敏度和高特异性的优点，广泛应用于生物组织，细胞及生物分子的研究，表现出极大的应用潜力。例如血液、唾液、尿液等。SERS光谱技术可以检验外周血循环肿瘤细胞。2009年，聊城大学利用SERS光谱技术分析比较糖尿病人与正常人血清的SERS光谱，以及二型糖尿病及糖尿病并发症的SERS光谱，发现来自不同糖尿病综合症的患者血清SERS平均光谱与二型糖尿病患者非常相似，说明这些疾病之间存在一定联系。SERS可以检验血液中药物及与蛋白相互作用。此外血液成分含量的SERS光谱定量检验分析血液成分的定量测量在疾病的临床诊断过程中可提供重要的信息。SERS光谱技术应用于唾液的分析检验唾液中含有大量的蛋白质和人体代谢产物，很多疾病可以通过对唾液成分的分析进行诊断。SERS光谱技术应用于尿液的分析检验尿液分析被喻为肾脏的“流体活检”，通过分析尿液中机体代谢的产物(如尿素，尿酸，肌酸酐等)评估肾脏功能。
申请号200480041168.1英特尔公司发明了一种使用拉曼活性或ＳＥＲＳ活性探针构建物检验生物学样品中的分析物诸如体液中含蛋白质的分析物的各种方法。但是其仅从原理上说明了可以提供这样的装置，并没有公开装置的具体结构。
申请号201610317610.3公开了一种基于表面增强拉曼光谱技术检验人体体液中毒品的方法。通过对人体体液中毒品的前处理，采用自组装金纳米溶胶材料对尿液、血液、唾液中的毒品进行快速检验，避免其他杂质的影响，并适用于现场毒品的检验。该发明没有提供具体的装置结构，且其检验需要进行预处理，操作比较复杂。
目前的利用SERS技术进行体液检验一般应用于实验室阶段，主要还是针对现成的体液进行各种复杂的检验，需要的仪器较为复杂，还需要受过培训的人进行专业操作，不能实现临床甚至家庭保健的应用。
发明内容
本发明克服以上缺陷提供一种基于SERS技术的体液检验装置，该装置可以实现对体液的SERS检验，从而检验体液中的感兴趣的成分。
一种基于SERS技术的体液检验装置，包括计算机、检验盒、检验卡以及取样器；其特征在于所述检验盒内设置有控制器和USB接口，检验盒体上分别设置有安装检验卡、激光源、分光器、滤光片的插槽，其中激光源和分光器对应的插槽内设置有金属触点206、207，激光源与分光器对应的金属触点206、207与控制器电连接；计算机通过USB接口与检验盒的控制器连接；检验卡包括容置腔和插管，容置腔上表面为熔融石英透光口，容置腔下表面为SERS增强基底；所述取样器为毛细针取样器，包括取样器外壳和取样栓。
检验盒包括整体呈长方体形的检验盒基体，检验盒基体上设置有安装检验卡、激光源、分光器、滤光片的插槽，其中安装检验卡与安装激光源的插槽在检验盒基体的同一侧，安装分光器与滤光片的插槽均位于检验盒基体的底部，检验盒基体内设置有容纳控制器的空腔，控制器设置在检验盒基体的内部的空腔中，该空腔与激光源和分光器对应的插槽具有连通通道，通道用于设置与金属触点连接的连接线，USB接口设置在壳体的顶部，USB接口与控制器信号连接。
检验盒基体内设置有连通激光源、分光器以及检验卡的光通道，光通道设置有反射镜和半透半反镜，激光源发射的光经反射镜反射入半透半反镜，穿过半透半反镜后到达检验卡，从检验卡内表面反射的光经半透半反镜反射后再穿过滤光片射入分光器。
激光源发射的光到达SERS增强基底后，由于存在SERS增强基底，可以使检测卡内的待测样品的拉曼散射信号得到极大增强，增强的拉曼散射光经半透半反镜反射后，穿过滤光片过滤掉激发光波长，到达分光器。分光器将收集的光进行分光分析后将数据发送至控制器，之后数据被上传至计算机。计算机将分光器分析的光谱显示在显示屏上，并将该光谱与数据库中已知的光谱进行核对，就可以得到待测样品的成分以及含量。
所述激光源为632nm激光源、514nm激光源、1064nm激光源之一；分光器为光栅分光器或棱镜分光器。
检验卡包括整体呈卡片状的主体，插管从主体的一侧伸出，主体厚度为3-5mm，边长为10-30mm，主体由0.8-1mm厚的JGS1熔融石英材料制成，内部具有容置腔，所述容置腔的底面为SERS增强基底。
所述表面增强拉曼基底为磁控溅射的纳米金基底，厚度为100微米。
所述表面增强拉曼基底为采用等离子体刻蚀制备的金字塔结构的纳米金基底，金字塔间距为100-300nm，金字塔高度为50-100nm。
所述表面增强拉曼基底为使用偶联剂连接在石英基板上的金纳米球，金纳米球的直径为50-200nm。
取样器包括呈圆柱体的两端开口取样器外壳、压柄、取样栓；所述取样器外壳的一端开口，外侧设置有便于手指握持的凸缘，取样器外壳上与凸缘相反的一端采用防尘膜密封，防尘膜可以被毛细取样针组刺穿；取样器外壳在凸缘一侧内部设置有压柄，取样栓设置在取样器外壳内，按压压柄可以推动取样栓；
取样栓包括取样囊和毛细取样针组，取样囊整体呈圆柱形，取样囊靠近防尘膜一侧设置有毛细取样针组，取样囊安装毛细取样针组的一侧由非弹性材料制成，取样囊除安装毛细取样针组的一侧外由弹性材料制成；毛细取样针组为多个空心微针，个数为50-100个；取样器外壳的内部靠近防尘膜一侧设置有凸起，凸起用于阻挡取样囊安装毛细取样针组的一侧，防止取样囊在移动时从取样器外壳中脱出，同时不会影响毛细取样针组从防尘膜刺出；
取样时按压压柄，压柄推动取样囊向下运动，当取样囊与凸起接触时，取样囊不能继续运动，此时毛细取样针组的尖端刺穿防尘膜并从取样器外壳中刺出，继续按压压柄，压柄开始挤压取样囊，使取样囊压缩，将取样囊内的空气通过取样针排出；当压柄不能继续下压时排净空气，使毛细取样针组刺入含有体液的组织或样品；刺入后放松压柄，取样囊在弹性作用下膨胀，形成负压，使液体通过取样针的针孔流入取样囊；
所述取样针为毛细取样针，每个取样针高为2-5mm，每个取样针直径为50-500μm。
取样囊的顶部设置有弹性孔，弹性孔可以开闭，打开后的弹性孔可以***插管，使样品液体通过插管流入检验卡。
装置检验的对象是血液、尿液或汗液。
本发明的有益效果为：
本发明的拉曼检验装置具有可拆卸和组合的功能，可以实现多种激光源、分光计、滤光片的插拔式组合，从而拓展了仪器的检验功能；本发明的插拔式配件本身具有识别编码，计算机内装有对应的识别功能，可以检验***的配件是否是所需配件，提高检验的准确性；本发明提供的检验卡为插拔式设计，内部可以设计成不同结构的拉曼增强基底，提高了检验的范围；取样器为毛细针取样器，在取样时对身体的伤害很小，且实现了微创取样，此外毛细针取样器在取样液体时可以避免吸入大体积的杂质。
附图说明
图1 本发明装置的整体结构示意图；
图2 本发明装置的检验卡以及取样栓示意图；
图3 本发明的取样器取样示意图。
具体实施方式
下面结合图1-3对本装置的结构以及用法进行具体的说明。
实施例1
本发明提供一种基于SERS技术的体液检验装置，包括计算机1、检验盒2、检验卡3以及取样器4；其特征在于所述检验盒2内设置有控制器201和USB接口202，检验盒2体上分别设置有安装检验卡3、激光源203、分光器204、滤光片205的插槽，其中激光源203和分光器204对应的插槽内设置有金属触点206、207，激光源203与分光器204对应的金属触点206、207与控制器201电连接；计算机1通过USB接口202与检验盒2的控制器201连接；检验卡3包括容置腔301和插管302，容置腔301上表面为熔融石英透光口，容置腔301下表面为SERS增强基底303；所述取样器4为毛细针取样器，包括取样器外壳401和取样栓。
检验盒2包括整体呈长方体形的检验盒基体，检验盒基体上设置有安装检验卡3、激光源203、分光器204、滤光片205的插槽，其中安装检验卡3与安装激光源203的插槽在检验盒基体的同一侧，安装分光器204与滤光片205的插槽均位于检验盒基体的底部，检验盒基体内设置有容纳控制器201的空腔，控制器201设置在检验盒基体的内部的空腔中，该空腔与激光源203和分光器204对应的插槽具有连通通道，通道用于设置与金属触点206、207连接的连接线，USB接口202设置在壳体的顶部，USB接口202与控制器201信号连接。
检验盒基体内设置有连通激光源203、分光器204以及检验卡3的光通道，光通道设置有反射镜208和半透半反镜209，激光源203发射的光经反射镜208反射入半透半反镜209，穿过半透半反镜209后到达检验卡3，从检验卡3内表面反射的光经半透半反镜209反射后再穿过滤光片205射入分光器204。
激光源203发射的光到达SERS增强基底后，由于存在SERS增强基底，可以使检测卡内的待测样品的拉曼散射信号得到极大增强，增强的拉曼散射光经半透半反镜反射后，穿过滤光片过滤掉激发光波长，到达分光器。分光器将收集的光进行分光分析后将数据发送至控制器，之后数据被上传至计算机。计算机将分光器分析的光谱显示在显示屏上，并将该光谱与数据库中已知的光谱进行核对，就可以得到待测样品的成分以及含量。
所述激光源203为632nm激光源、514nm激光源、1064nm激光源之一；分光器204为光栅分光器或棱镜分光器。
检验卡3包括整体呈卡片状的主体，插管302从主体的一侧伸出，主体厚度为3-5mm，边长为10-30mm，主体由0.8-1mm厚的JGS1熔融石英材料制成，内部具有容置腔301，所述容置腔301的底面为SERS增强基底303。
所述表面增强拉曼基底为磁控溅射的纳米金基底，厚度为100微米。
所述表面增强拉曼基底为采用等离子体刻蚀制备的金字塔结构的纳米金基底，金字塔间距为100-300nm，金字塔高度为50-100nm。
所述表面增强拉曼基底为使用偶联剂连接在石英基板上的金纳米球，金纳米球的直径为50-200nm。
取样器4包括呈圆柱体的两端开口取样器外壳401、压柄404、取样栓；所述取样器外壳401的一端开口，外侧设置有便于手指握持的凸缘402，取样器外壳401上与凸缘402相反的一端采用防尘膜403密封，防尘膜403可以被毛细取样针组（406）刺穿；取样器外壳401在凸缘一侧内部设置有压柄404，取样栓设置在取样器外壳401内，按压压柄404可以推动取样栓；
取样栓包括取样囊405和毛细取样针组406，取样囊405整体呈圆柱形，取样囊405靠近防尘膜403一侧设置有毛细取样针组406，取样囊405安装毛细取样针组406的一侧由非弹性材料制成，取样囊405除安装毛细取样针组406的一侧外由弹性材料制成；毛细取样针组406为多个空心微针，个数为50-100个；取样器外壳401的内部靠近防尘膜403一侧设置有凸起407，凸起407用于阻挡取样囊405安装毛细取样针组406的一侧，防止取样囊405在移动时从取样器外壳401中脱出，同时不会影响毛细取样针组406从防尘膜刺出；
取样时按压压柄404，压柄404推动取样囊405向下运动，当取样囊405与凸起407接触时，取样囊405不能继续运动，此时毛细取样针组406的尖端刺穿防尘膜并从取样器外壳中刺出，继续按压压柄404，压柄404开始挤压取样囊405，使取样囊405压缩，将取样囊405内的空气通过取样针排出；当压柄404不能继续下压时排净空气，使毛细取样针组406刺入含有体液的组织或样品5；刺入后放松压柄404，取样囊405在弹性作用下膨胀，形成负压，使液体通过取样针的针孔流入取样囊405；
所述取样针为毛细取样针，每个取样针高为2-5mm，每个取样针直径为50-500μm。
取样囊405的顶部设置有弹性孔408，弹性孔408可以开闭，打开后的弹性孔408可以***插管302，使样品液体通过插管302流入检验卡3。
装置检验的对象是血液、尿液或汗液。
所述取样器外壳为可以上下分离的两段，如此设置，可以第一保证在进行取样的挤压时取样器的外壳具有足够的强度，此外在需要将取样栓取出时，可以将取样器外壳打开，从而将取样栓从外壳中取出。
本发明的各种插拔配件，例如激光源和分光器具有不同的编码，每个不同的配件具有各自的唯一编码，在连接后，计算机通过控制器获取这个编码从而实现对配件的识别。计算机内设置有具体的检验软件，可以实现对拉曼光谱的检验，且计算机内预存有各种标准样品的检验数据库，可以提供给使用者进行对比。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于SERS技术的体液检验装置，包括计算机（1）、检验盒（2）、检验卡（3）以及取样器（4）；其特征在于所述检验盒（2）内设置有控制器（201）和USB接口（202），检验盒（2）体上分别设置有安装检验卡（3）、激光源（203）、分光器（204）、滤光片（205）的插槽，其中激光源（203）和分光器（204）对应的插槽内设置有金属触点（206、207），激光源（203）与分光器（204）对应的金属触点（206、207）与控制器（201）电连接；计算机（1）通过USB接口（202）与检验盒（2）的控制器（201）连接；检验卡（3）包括容置腔（301）和插管（302），容置腔（301）上表面为熔融石英透光口，容置腔（301）下表面为SERS增强基底（303）；所述取样器（4）为毛细针取样器，包括取样器外壳（401）和取样栓；
取样器（4）包括呈圆柱体的两端开口取样器外壳（401）、压柄（404）、取样栓；所述取样器外壳（401）的一端开口，外侧设置有便于手指握持的凸缘（402），取样器外壳（401）上与凸缘（402）相反的一端采用防尘膜（403）密封，防尘膜（403）可以被毛细取样针组（406）刺穿；取样器外壳（401）在凸缘一侧内部设置有压柄（404），取样栓设置在取样器外壳（401）内，按压压柄（404）可以推动取样栓；
取样栓包括取样囊（405）和毛细取样针组（406），取样囊（405）整体呈圆柱形，取样囊（405）靠近防尘膜（403）一侧设置有毛细取样针组（406），取样囊（405）安装毛细取样针组（406）的一侧由非弹性材料制成，取样囊（405）除安装毛细取样针组（406）的一侧外由弹性材料制成；毛细取样针组（406）为多个空心微针，个数为50-100个；取样器外壳（401）的内部靠近防尘膜（403）一侧设置有凸起（407），凸起（407）用于阻挡取样囊（405）安装毛细取样针组（406）的一侧，防止取样囊（405）在移动时从取样器外壳（401）中脱出，同时不会影响毛细取样针组（406）从防尘膜刺出；
取样时按压压柄（404），压柄（404）推动取样囊（405）向下运动，当取样囊（405）与凸起（407）接触时，取样囊（405）不能继续运动，此时毛细取样针组（406）的尖端刺穿防尘膜并从取样器外壳中刺出，继续按压压柄（404），压柄（404）开始挤压取样囊（405），使取样囊（405）压缩，将取样囊（405）内的空气通过取样针排出；当压柄（404）不能继续下压时排净空气，使毛细取样针组（406）刺入含有体液的组织或样品（5）；刺入后放松压柄（404），取样囊（405）在弹性作用下膨胀，形成负压，使液体通过取样针的针孔流入取样囊（405）；
所述取样针为毛细取样针，每个取样针高为2-5mm，每个取样针直径为50-500μm。
2.根据权利要求1所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于检验盒（2）包括整体呈长方体形的检验盒基体，检验盒基体上设置有安装检验卡（3）、激光源（203）、分光器（204）、滤光片（205）的插槽，其中安装检验卡（3）与安装激光源（203）的插槽在检验盒基体的同一侧，安装分光器（204）与滤光片（205）的插槽均位于检验盒基体的底部，检验盒基体内设置有容纳控制器（201）的空腔，控制器（201）设置在检验盒基体的内部的空腔中，该空腔与激光源（203）和分光器（204）对应的插槽具有连通通道，通道用于设置与金属触点（206、207）连接的连接线，USB接口（202）设置在壳体的顶部，USB接口（202）与控制器（201）信号连接；
检验盒基体内设置有连通激光源（203）、分光器（204）以及检验卡（3）的光通道，光通道设置有反射镜（208）和半透半反镜（209），激光源（203）发射的光经反射镜（208）反射入半透半反镜（209），穿过半透半反镜（209）后到达检验卡（3），从检验卡（3）内表面反射的光经半透半反镜（209）反射后再穿过滤光片（205）射入分光器（204）。
3.根据权利要求2所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于所述激光源（203）为632nm激光源、514nm激光源、1064nm激光源之一；分光器（204）为光栅分光器或棱镜分光器。
4.根据权利要求1所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于检验卡（3）包括整体呈卡片状的主体，插管（302）从主体的一侧伸出，主体厚度为3-5mm，边长为10-30mm，主体由0.8-1mm厚的JGS1熔融石英材料制成，内部具有容置腔（301），所述容置腔（301）的底面为SERS增强基底（303）。
5.根据权利要求4所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于所述SERS增强基底为磁控溅射的纳米金基底，厚度为100微米。
6.根据权利要求4所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于所述SERS增强基底为采用等离子体刻蚀制备的金字塔结构的纳米金基底，金字塔间距为100-300nm，金字塔高度为50-100nm。
7.根据权利要求4所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于所述SERS增强基底为使用偶联剂连接在石英基板上的金纳米球，金纳米球的直径为50-200nm。
8.根据权利要求1所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于取样囊（405）的顶部设置有弹性孔（408），弹性孔（408）可以开闭，打开后的弹性孔（408）可以***插管（302），使样品液体通过插管（302）流入检验卡（3）。
9.根据权利要求1所述的基于SERS技术的体液检验装置，其特征在于装置检验的对象是血液、尿液或汗液。
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