智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置的制作方法

本實用新型屬于呼氣分子診斷領域，具體涉及檢測人體呼出的生物標志物的呼氣分子診斷系統的檢測裝置。

背景技術：

正常人體呼出的氣體中,除了氮、 氧和二氧化碳之外,還包含著其他許多種化合物,通過檢測這些化合物的含量即可診斷疾病。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院近日公布的一項研究成果表明，每個人在呼吸時呼出的化合物和人類的指紋一樣獨一無二，醫生甚至可以根據這些化合物來診斷疾病。同時，由于呼氣測試法還能獲得與尿液檢查以及血液檢查相近的結果，因此未來不但可以用來診斷疾病，還可能會用于運動員興奮劑檢測。 該項研究成果已經發表在國際權威生物學類學術雜志《PLoS ONE》上。

在歐美國家，呼氣分子診斷已成為呼吸系統及消化系統的金標技術，并用于心肺、腸胃、腎肝、糖尿病及癌癥等疾病的醫學研究與臨床檢驗，被期望用于常見病、多發病、慢性病、流行病與職業病的基層篩查及家庭自檢。

由于人體呼出氣體中的生物標志物濃度極低，以ppb即10億分之幾為單位計，精確測定其濃度非常困難。

當前呼吸分析儀器仍主要依賴于大且昂貴的儀器，例如氣相色譜儀(GC)及質譜儀(MS)，使得這些儀器不能廣泛地應用。

還有的呼吸分析儀器是以電化學檢測原理制成的檢測裝置，雖然體積小、但無法實現連續動態監測生物標志物、檢測費用高、特異性差等局限性，不能充分滿足臨床需求。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠快速準確檢測生物標志物含量的智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的一種技術方案是：智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置，用于檢測人體呼出氣體中的生物標志物的含量。所述智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置包括反應池、生物傳感器和用于光譜分析的光路結構，所述生物傳感器包括能夠與生物標志物反應并將生物標志物吸收的反應體，所述反應池內設置有反應腔，所述反應腔能夠連通外部的人體呼出氣體氣源，所述生物傳感器裝設在反應腔處且反應體被封裝在反應腔內，所述反應池和生物傳感器位于所述光路結構的光束傳播路徑中，所述光路結構能夠產生光束射入反應腔內并經過生物傳感器，所述生物傳感器能夠將光束多次反射使光束多次穿過反應體后射出反應池，所述光路結構能夠通過射出反應池的光束獲得反應體的吸收光譜。

具體的，所述生物傳感器還包括基體，所述反應體固定安裝在基體上，所述反應腔在反應池形成有與外部連通的入口，所述反應體自入口處伸入反應腔內，所述基體封蓋在反應池的入口上將反應體封閉在反應腔內。

具體的，所述反應體呈片狀結構，所述反應體有且僅有一片，所述反應體的厚度小于等于1mm。

優選的，所述基體朝向所述反應腔的端面上覆蓋有反射膜，所述反應體貼附在反射膜上，所述光路結構射入反應腔的光束能夠穿過反應體后經反射膜反射再次穿過反應體。

進一步的，所述反應池為能夠供光束穿過的透明體，所述反應腔的內壁為弧面，所述反應池還具有與反應腔內壁匹配的外端面，所述外端面呈外凸的弧面，所述光路結構射出的光束能夠依次經所述反應池的外端面和反應腔的內壁入射在反應腔內的反應體上，所述反應池能夠將經過反應體后射出反應腔的光束引導進入所述光路結構中繼續傳播。

再進一步的，所述反應池為同心球罩，所述反應腔的內壁和所述外端面為同心的球面，所述球面的球心位于反射膜上。

具體的，所述光路結構包括能夠產生光束的光源、第一準直透鏡、第一聚焦透鏡、第二準直透鏡、反射鏡、第二聚焦透鏡、狹縫、第三準直透鏡、光柵、第三聚焦透鏡和光電探測器，所述光源產生的光束依次經第一準直透鏡和第一聚焦透鏡射入反應池內，自反應池的出射的光束依次經第二準直透鏡、反射鏡和第二聚焦透鏡聚焦在狹縫處，自狹縫出射的光束經第三準直透鏡到達光柵處，所述光束在光柵處衍射并經第三聚焦透鏡成像在光電探測器上獲得反應體的吸收光譜。

具體的，所述第一準直透鏡的光軸、第一聚焦透鏡的光軸重合且兩者的光軸通過反應池的球面的球心。

具體的，所述第二準直透鏡的光軸通過反應池的球面的球心。

優選的，所述反應體包括載體和細胞色素C，所述載體為氣溶膠，所述細胞色素C分布在氣溶膠內形成納米結構的反應體。

本實用新型的范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案等。

由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置采用生物傳感器的反應體與人體呼出的氣體中的生物標志物反應并通過能夠對反應體進行光譜分析的光路結構檢測吸收生物標志物后的反應體，生物傳感器反射使光束多次通過反應體，有效增加了光束被反應體吸收的路徑長度，光束能夠充分被吸收。本實用新型能夠快速、準確地檢測出人體呼出氣體的生物標志物的含量，精度高，靈敏度高，可靠性好。

附圖說明

圖1為本實用新型智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置的光路結構示意圖；

圖2為生物傳感器的結構示意圖；

圖3為反應池的結構示意圖；

其中：1、光源；2、第一準直透鏡；3、第一聚焦透鏡；4、第二準直透鏡；5、反射鏡；6、第二聚焦透鏡；7、狹縫；8、第三準直透鏡；9、光柵；10、第三聚焦透鏡；11、光電探測器；100、反應池；101、反應腔；102、內壁；103、外端面；200、生物傳感器；201、反應體；202、基體；203、反射膜。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，本實用新型所述的智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置，用于檢測人體呼出氣體中的生物標志物的含量。智能呼氣分子診斷系統的反射式光學檢測裝置包括反應池100、生物傳感器200和用于光譜分析的光路結構。所述反應池100和生物傳感器200位于所述光路結構的光束傳播路徑上。

本文中所述的生物標志物是指人體呼出氣體中的化合物，臨床上普遍公認并用于診斷疾病的標志物。比如一氧化氮、一氧化碳、氫氣、甲烷、氨氣、醛和硫化物等人體呼出的化合物或呼氣分子。

所述生物傳感器200包括能夠與生物標志物反應并將生物標志物吸收的反應體201和基體202。所述基體202上鍍有能夠全反射的反射膜203。所述反應體201呈片狀結構，所述反應體201有且僅有一片，所述反應體201的厚度小于等于1mm。所述反應體201貼附在反射膜203上。本實施例的反應體201包括載體和細胞色素C。所述載體為氣溶膠，氣溶膠通過溶膠凝膠法制成，所述細胞色素C分布在氣溶膠內形成納米結構的反應體201。為了控制反應體201的厚度，通過開模形成容納反應體201的容腔模具。在容腔內讓氣溶膠和細胞色素C定型，這樣，反應體201的厚度控制在1mm以下。

所述反應池100為能夠供光束穿過的透明體，所述反應池100內設置有反應腔101，所述反應腔101能夠連通外部的人體呼出氣體氣源，即反應池100能夠將外部采集的人體呼出氣體的樣本導入反應腔101中。所述反應腔101在反應池100形成有與外部連通的入口。所述反應腔101的內壁102為弧面，所述反應池100還具有與反應腔101內壁102匹配的外端面103，所述外端面103呈外凸的弧面。在本實施例中，所述反應池100為同心球罩，所述反應腔101的內壁102和所述外端面103為同心的球面，所述球面的球心位于反射膜203上。

所述生物傳感器200裝設在反應腔101處且反應體201被封裝在反應腔101內。具體地說，所述反應體201自入口處伸入反應腔101內，所述基體202封蓋在反應池100的入口上將反應體201封閉在反應腔101內。這樣，基體202上覆蓋有反射膜203的端面朝向反應腔101。這樣，人體呼出氣體中的生物標志物能夠充分與反應體中的細胞色素C反應將生物標志物吸收在反應體內。

所述光路結構包括能夠產生光束的光源1、第一準直透鏡2、第一聚焦透鏡3、第二準直透鏡4、反射鏡5、第二聚焦透鏡6、狹縫7、第三準直透鏡8、光柵9、第三聚焦透鏡10和光電探測器11。所述第一準直透鏡2的光軸、第一聚焦透鏡3的光軸重合且兩者的光軸通過反應池100的球面的球心。所述第二準直透鏡4的光軸通過反應池100的球面的球心。

所述光源1產生的復色光的光束依次經第一準直透鏡2分成多束平行光，再經第一聚焦透鏡3聚焦后自反應池100的外端面103射入反應池100內，光束經反應池100的內壁102穿入反應腔101內。光束在反應腔101內穿透反應體201并聚焦在反射膜203上，并經反射膜203反射再次穿過反應體201射在反應腔101的內壁102上。光束接著沿內壁102和外端面103射出反應池100。自反應池100出射的光束依次經第二準直透鏡4分成平行光，經反射鏡5反射，經第二聚焦透鏡6聚焦在狹縫7處。自狹縫7出射的光束經第三準直透鏡8到達光柵9處。所述光束在光柵9處衍射并經第三聚焦透鏡10成像在光電探測器11上獲得生物傳感器200的反應體201的吸收光譜。

通過比較未吸收生物標志物之前的反應體201的光譜和吸收生物標志物后的反應體201的吸收光譜，能夠獲得人體呼出氣體中的生物標志物的含量。準確度、精度均非常高，靈敏度和可靠性也非常好。

生物傳感器中反應體201的片狀結構使反應體201的厚度薄，能夠快速與生物標志物反應，提高檢測的速度。同時光的吸收系數與光經過的反應體的厚度相關，光經過的厚度越厚越能保證光被吸收的充分性，所以通過在基體202上鍍設反射膜203，有效將光束引導多次穿過反應體201，增加了反應體201吸收光束的路徑長度，在將反應體201厚度控制得比較薄的基礎上還能夠保證光經過的反應體201的吸收光束的路徑長度，大大提高了檢測的靈敏度和可靠性。實際上，生物傳感器200和反應池100還能夠根據需要設置多個具有反射膜203的端面，增加光束穿過反應體201的次數，進而在控制反應體201的厚度的基礎上，根據需要增加反應體201吸收光束的路徑長度，保證檢測的靈敏度和可靠性。

如上所述，我們完全按照本實用新型的宗旨進行了說明，但本實用新型并非局限于上述實施例和實施方法。相關技術領域的從業者可在本實用新型的技術思想許可的范圍內進行不同的變化及實施。