生物传感器以及监测设备制造技术

本发明专利技术公开了一种生物传感器以及监测设备，生物传感器包括电路板、硅光电倍增管、滤光片、激发光源、参比光源、氧敏感薄膜以及热敏电阻器件，所述硅光电倍增管安装在所述电路板上且与所述电路板电性连接，所述滤光片设置于所述硅光电倍增管，所述激发光源与所述参比光源相对设置于所述滤光片上，所述氧敏感薄膜设置在所述滤光片上且位于所述激发光源与所述参比光源之间，所述氧敏感薄膜上含有荧光指示剂，所述热敏电阻器件电性连接于所述电路板。生物传感器能够提高监测结果准确性以及减少受光源波动、荧光物质泄漏等因素的影响。荧光物质泄漏等因素的影响。荧光物质泄漏等因素的影响。

【技术实现步骤摘要】
生物传感器以及监测设备


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，特别是涉及一种生物传感器以及监测设备，用于实时监测颅内脑氧含量。

技术介绍

[0002]颅脑外伤后的脑内血肿、水肿等原因产生颅内高压，将会影响脑血流的自主调节功能，进而使得脑组织缺血缺氧。对于重型颅脑损伤患者，在保持平均动脉压基本稳定的前提下，随着颅内压(Intracranial Pressure, ICP)与脑灌注压(cerebral perfusion pressure, CPP)的变化，同样会引起脑供血、供氧的不足，但在全身麻醉或镇静的患者中脑组织缺血/缺氧不易发现，故需要通过实时监测患者脑组织氧分压(brain tissue oxygen partial pressure, PbtO2)，对其判断神经外科疾病病情的严重程度、预防继发性脑损伤、中重度颅脑损伤的治疗及预后等方面具有重要指导意义。
[0003]目前常见的3种脑氧饱和度监测技术分别为颈静脉球部氧饱和度(jugular venous oxygen saturation, SvjO2)监测技术、红外光谱(near
‑
infrared spectroscopy, NIRS)监测技术与脑组织氧分压(brain tissue oxygen tension, PbtO2)监测技术。SvjO2监测技术为介入性操作，随着监测时间延长有出现血肿、形成静脉血栓、对局部脑组织缺血不敏感等问题。NIRS监测技术存在颅外组织的信号干扰、颅外循环造成的污染等问题限制了监测精确性。PbtO2监测技术是基于病灶测量的技术方法将脑氧传感器插入到脑组织，动态的监控脑氧组织氧分压等指标，其直接获得大脑氧化和代谢的指标，并提供早期临床检测脑缺血和缺氧最直接的依据，不但具有准确、抗干扰性强、安全、易操作等优点，而且不受病人头位的影响。
[0004]传统技术中的PbtO2监测技术主要采用两类监测技术，包括较为常见的电化学技术（一般为Clark电极）测量从脑组织扩散出来的氧气在电解液中被电极还原产生电流的方法以及通过固定在硅胶基质中荧光指示剂受激发光发出的荧光光强的淬灭来进行测量的方法。这两种技术存在一定的缺陷。电化学技术，在颅内密闭且患者本身脑组织缺氧的情况下，长时间监测会消耗掉颅内氧气，使得测量氧浓度的结果存在偏差。荧光强度检测技术， 易受光源波动、荧光物质泄漏等因素的影响。

技术实现思路

[0005]针对传统技术的电化学技术存在测量氧浓度的结果偏差，以及荧光光强的测量易受光源波动、荧光物质泄漏等因素的影响等问题，有必要提供一种生物传感器，用于实施监测颅内脑氧含量。
[0006]荧光寿命(ns)是荧光物质本身的本征参量，很少受外界环境的影响，具有很强的抗干扰能力。本专利技术采用频域检测法（相位法），通过调制信号激发激发光源与参比光源，之后通过对相应频率激发的荧光信号与参比光源的相位差进行监测，计算出荧光寿命，最后再计算得出脑氧浓度。
[0007]本专利技术的生物传感器能够提高监测结果准确性以及避免受光源波动、荧光物质泄漏等因素的影响。
[0008]本专利技术的至少一实施例提供了一种生物传感器。
[0009]一种生物传感器，包括电路板、硅光电倍增管、滤光片、激发光源、参比光源、氧敏感薄膜以及热敏电阻器件，所述硅光电倍增管安装在所述电路板上且与所述电路板电性连接，所述滤光片设置于所述硅光电倍增管，所述激发光源与所述参比光源相对设置于所述滤光片上，所述氧敏感薄膜设置在所述滤光片上且位于所述激发光源与所述参比光源之间，所述氧敏感薄膜上含有荧光指示剂，所述热敏电阻器件电性连接于所述电路板。
[0010]在其中一些实施例中，所述荧光指示剂为过渡金属络合物。
[0011]在其中一些实施例中，所述荧光指示剂选自PtOEP、PtTFPP中的一种或两种。
[0012]在其中一些实施例中，所述激发光源为激发光光电二极管。
[0013]在其中一些实施例中，所述激发光源的波长为580~720 nm。
[0014]在其中一些实施例中，所述参比光源为参比光光电二极管。
[0015]在其中一些实施例中，所述参比光源的波长为380~520 nm。
[0016]在其中一些实施例中，所述氧敏感薄膜的制备方法包括如下步骤：将荧光材料过渡金属络合物粉末溶解于乙醇溶液后与二氧化硅颗粒、氢氧化钠水溶液搅拌均匀形成硅胶溶液；将硅胶溶液通过过滤器进行过滤后，洗涤干燥得到沉淀物；将干燥后的沉淀物、PDMS预聚物以及PDMS固化剂充分混合，旋涂制备薄膜，室温避光保存，得到氧敏感膜。
[0017]在其中一些实施例中，所述沉淀物、所述PDMS预聚物以及所述PDMS固化剂的质量比为（1
‑
2）:（10
‑
20）:（1
‑
2）。
[0018]在其中一些实施例中，所述生物传感器还包括如下至少一个特征：所述荧光材料与所述乙醇溶液的质量体积比为10:1
‑
20:1（mg/mL）；所述载体二氧化硅颗粒与所述氢氧化钠水溶液的质量体积比为1:40
‑
2:40（mg/mL）；所述荧光材料与所述载体二氧化硅颗粒的质量比为1:10
‑
1:20。
[0019]本专利技术的至少一实施例提供了一种监测设备。
[0020]一种监测设备，包括PC终端、微控制器、信号放大器、示波器以及生物传感器，所述PC终端通过所述微控制器电性连接所述生物传感器的激发光源和参比光源，所述信号放大器连接于所述硅光电倍增管以用于放大电流信号，所述示波器连接于所述信号放大器以用于读取对应相位的波形，所述示波器还电性连接所述PC终端。
[0021]上述生物传感器，能够提高监测结果准确性以及避免受光源波动、荧光物质泄漏等因素的影响。上述生物传感器，采用二氧化硅颗粒作为填充荧光指示剂的载体，再将其混合在硅胶基质当中作为氧敏感薄膜，以解决传统技术中荧光物质泄漏的问题，由于荧光寿命是荧光物质本身的本征参量，不易受外界因素的影响，选用荧光寿命的测量方式来代替荧光强度的测量方式，采用具有多像素光子计数器功能的硅光电倍增管(Silicon photomultiplier, sipm)进行光电信号处理，缩短将含有荧光物质的氧敏感薄膜与光电处理器之间的距离，来达到减小光信号在传输过程中的损失，提高监测结果准确性。本专利技术采
用激发光源与参比光源，能够避免传统技术中采用单激发光源的情况下因结构装配、使用维护产生的电子路径与光学路径的不同导致相位监测变化直接影响测量结果。
[0022]上述生物传感器，将激发光光电二极管、参比光光电二极管与含有荧光物质的氧敏感薄膜贴合固定，减少光在发射途径中的损失。 选用有多像素光子计数器功能的硅光电倍增管进行光电信号处理，并将滤光片通过镀膜工艺直接镀在硅光电倍增管表面，同时统合激发光光电二极管、参比光光电二极管在同一平面，达到减小光信号在透过滤光片中造成的损失的目的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物传感器，其特征在于，包括电路板、硅光电倍增管、滤光片、激发光源、参比光源、氧敏感薄膜以及热敏电阻器件，所述硅光电倍增管安装在所述电路板上且与所述电路板电性连接，所述滤光片设置于所述硅光电倍增管上，所述激发光源与所述参比光源相对设置于所述滤光片上，所述氧敏感薄膜设置在所述滤光片上且位于所述激发光源与所述参比光源之间，所述氧敏感薄膜上含有荧光指示剂，所述热敏电阻器件电性连接于所述电路板；其中，所述氧敏感薄膜的制备方法包括如下步骤：将荧光材料过渡金属络合物粉末溶解于乙醇溶液后与二氧化硅颗粒、氢氧化钠水溶液搅拌均匀形成硅胶溶液；将硅胶溶液通过过滤器进行过滤后，洗涤干燥得到沉淀物；将干燥后的沉淀物、PDMS预聚物以及PDMS固化剂充分混合，旋涂制备薄膜，室温避光保存，得到氧敏感膜。2.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述荧光指示剂为过渡金属络合物。3.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述激发光源为激发光光电二极管。4.根据权利要求3所述的生物传感器，其特征在于，所述激发光源的波长为580~720 nm。5.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述参比光源为参比光光电二极管。6.根据权利要求5所述的生物传感器，其特征在于，所述参比光源的波长为380~520 nm。7.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：文平，赵于民，
申请(专利权)人：深圳湃诺瓦医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：