CN106153439A - 凝血检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种凝血检测装置，包括：层状结构的基底层；层状结构的粘结层；器件层,包括固定单元、可动单元以及弹性件，固定单元通过粘结层连接到基底层，可动单元通过弹性件连接到固定单元使得可动单元悬空于基底层上方；器件层还包括驱动可动单元与待测物做相对运动的驱动电容、测量电容以及探针，探针一端固定连接到可动单元、另一端在驱动电容的驱动下进入待测物做相对运动；相对运动指的是可动单元相对于待测物沿一个方向往复运动和绕一个方向转动；测量电容的实时容值差用于计算可动单元沿一个方向往复运动的受力以及绕一个方向转动的力矩。本发明提供的凝血检测装置，集驱动和测量于一体，测量精度高、集成度好、成本低，适于批量生产。

Description

凝血检测装置

技术领域

本发明涉及生物医学检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种凝血检测装置。

背景技术

针对血液凝固动态变化的指标(包括纤维蛋白的形成速度、溶解状态和凝状的坚固性、弹力度)进行检测，对血友病的治疗、术前术后各种凝血异常的筛查、各种促凝抗纤或抗凝等药物的疗效的监测等方面有重要意义。凝血溶栓功能检测装置最早出现于1948年，其以弹簧游丝为核心，检测凝血及溶栓过程中产生的凝块弹力，反映在作图仪上，绘制出一条血栓弹力随时间变化的曲线。由于该曲线可提供最为完整的凝血溶栓全过程参数，凝血溶栓功能检测装置对于临床医疗、病理学研究以及新药开发均具有重要的研究意义。

目前，商用的凝血溶栓功能检测市场主要由TEG及ROTEM这两种进口仪器垄断，所用的配套试剂也主要来自国外，因而价格较为昂贵。同时，这两种仪器都是只能实现血栓弹性模量的一维测量，而实际的凝血过程受到红细胞的聚集状态、红细胞的刚性、纤维蛋白空间交联等因素的影响，其弹性模量可能呈现各向异性。再次，现有仪器的驱动和检测功能都是分离的，仪器结构复杂，价格较高。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种凝血检测装置，集驱动和测量于一体，既测量与待测物之间沿一个方向相对运动的受力、又测量与待测物之间沿该方向转动的力矩，测量精度高、集成度好、成本低，适于批量生产。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明所述的凝血检测装置，包括：

基底层，其为层状结构；

粘结层，其为具有电绝缘性能的层状结构；以及，

器件层，其包括固定单元、可动单元以及弹性件，所述固定单元通过所述粘结层连接到所述基底层，所述可动单元通过所述弹性件连接到所述固定单元使得所述可动单元悬空于所述基底层上方；

其中，所述器件层还包括驱动所述可动单元与待测物做相对运动的驱动电容、测量电容以及探针，所述探针一端固定连接到所述可动单元、另一端在所述驱动电容的驱动下进入所述待测物做相对运动；

所述相对运动指的是所述可动单元相对于所述待测物沿一个方向往复运动和绕所述一个方向转动；

所述测量电容的实时容值差用于计算所述可动单元沿所述一个方向往复运动的受力以及绕所述一个方向转动的力矩。

优选的是，所述驱动电容包括

第一梳齿电容，用于驱动所述可动单元沿所述一个方向运动；

第二梳齿电容，用于驱动所述可动单元沿与所述一个方向相反方向运动；

其中，所述第一梳齿电容的固定电极和所述第二梳齿电容的固定电极分别连接到所述固定单元；所述第一梳齿电容的可动电极和所述第二梳齿电容的可动电极分别连接到所述可动单元；

所述第一梳齿电容和所述第二梳齿电容分别具有对称分布在所述可动单元两侧的两个。

优选的是，所述驱动电容包括：

第一平板电容，其包括位置对应的第一上极板和第一下极板，用于驱动所述可动单元沿所述一个方向转动；以及，

第二平板电容，其包括位置对应的第二上极板和第二下极板用于动所述可动单元朝与所述第一平板电容驱动方向相反的方向转动；

其中，所述第一下极板和所述第二下极板分别位于所述基底层，所述第一上极板和所述第二上极板分别连接到所述可动单元；

所述第一平板电容和所述第二平板电容对称分布在所述可动单元两侧。

优选的是，所述第一上极板与所述第一下极板之间、所述第二上极板与所述第二下极板之间满足：

所述第一下极板面积大于所述第一上极板的面积，所述第二下极板面积大于所述第二上极板的面积，且相对运动时位置改变时所述第一上极板与所述第一下极板之间的正对面积不变、所述第二上极板与所述第二下极板之间的正对面积不变。

优选的是，所述测量电容包括：按差动式结构分布在所述可动单元两侧的第三梳齿电容和第四梳齿电容；所述第三梳齿电容的固定电极和所述第四梳齿电容的固定电极分别连接到所述固定单元；所述第三梳齿电容的可动电极和所述第四梳齿电容的可动电极分别连接到所述可动单元；所述第三梳齿电容和所述第四梳齿电容的实时容值差用于计算所述可动单元沿所述一个方向往复运动时的受力。

优选的是，所述测量电容包括：第三平板电容，其包括位置对应的第三上极板和第三下极板；以及，第四平板电容，其包括位置对应的第四上极板和第四下极板；

其中，所述第三下极板和所述第四下极板分别位于所述基底层，所述第三上极板和所述第四上极板分别连接到所述可动单元；

所述第三平板电容和所述第四平板电容对称分布在所述可动单元的两侧，所述第三平板电容和所述第四平板电容的实时容值差用于计算可动单元绕一个方向转动的扭矩。

优选的是，所述第三上极板与所述第三下极板之间、所述第四上极板与所述第四下极板之间满足：所述第三下极板面积大于所述第三上极板的面积，所述第四下极板面积大于所述第四上极板的面积，且相对运动时位置改变时，所述第三上极板与所述第三下极板之间的正对面积不变，所述第四上极板与所述第四下极板之间的正对面积不变。

优选的是，所述器件层设有分隔各个电容以及不同电极的沟槽。

优选的是，所述驱动电容与所述测量电容之间、所述测量电容与所述探针之间分别设有绝缘的电隔离层。

优选的是，所述可动单元位于所述器件层的中间位置。

本发明至少包括以下有益效果：

1)本发明的凝血检测装置，器件层集驱动和测量功能于一体，既能够测量可动单元与待测物之间沿一个方向相对运动的受力、又可以测量可动单元与待测物之间沿该方向转动的力矩，从而实现血栓弹性模量的多维测量，且测量精度高、集成度好、成本低，适于批量生产；

2)第一梳齿电容和第二梳齿电容分别具有对称分布在可动单元两侧的两个，第一平板电容和第二平板电容、第三平板电容和第四平板电容分别对称分布在所述弹性件的两侧，保证了驱动力或测量的平衡性；

3)第一下极板面积大于第一上极板的面积，第二下极板面积大于第二上极板的面积，第三下极板面积大于第三上极板的面积，第四下极板面积大于第四上极板的面积，保证发生相对运动位置改变时第一上极板与第一下极板之间的正对面积不变、第二上极板与第二下极板之间的正对面积不变，第三上极板与第三下极板之间的正对面积不变，第四上极板与第四下极板之间的正对面积不变；即可动单元相对于待测物沿一个方向往复运动和绕一个方向转动时电容正对面积不变，提高受力和扭矩测量的准确性；

4)器件层设有沟槽，用于分隔各个电容的不同电极；

5)驱动电容与测量电容之间、测量电容与探针之间分别设有绝缘的电隔离层，用于保护驱动电容、测量电容以及探针三者之间的电路互不影响，提高测量精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的凝血检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述的凝血检测装置的三层结构拆分示意图；

图3为本发明所述的凝血检测装置的探针进入待测物的示意图。

图中：

10-基底层；

11-第一下极板11；12-第二下极板12；13-第三下极板；14-第四下极板；20-粘结层；

30-器件层；

31-固定单元；

32-可动单元；

33-弹性件；

34-探针；

35A第一梳齿电容；35B-第二梳齿电容；

36A-第一上极板；36B-第二上极板；

37A-第三梳齿电容；37B-第四梳齿电容；

38A-第三上极板；38B-第四上极板；

39-电隔离层。

40-待测血块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1至图3所示，本发明提供的凝血检测装置，用于检测血栓弹性模量，包括：基底层10，其为层状结构；粘结层20，其为具有电绝缘性能的层状结构；以及，器件层30，其包括固定单元31、可动单元32以及弹性件33，固定单元31通过粘结层20连接到基底层10，可动单元32通过弹性件33连接到固定单元31使得可动单元32悬空于基底层10上方；其中，器件层30还包括驱动可动单元32与待测物做相对运动的驱动电容、测量电容以及探针34，探针34一端固定连接到可动单元32、另一端在驱动电容的驱动下进入待测物做相对运动；相对运动指的是可动单元32相对于待测物沿一个方向往复运动和绕一个方向转动；测量电容的实时容值差用于计算可动单元32沿一个方向往复运动的受力以及绕一个方向转动的力矩。

上述实施方式中，待测物是盛装在容器的待测血块40；相对运动指的是可动单元32相对于待测物沿一个方向往复运动和绕一个方向转动，这里，一个方向可以是任意一个便于凝血检测装置进行血栓弹性模量检测的方向，图3给出了可动单元32相对于待测物沿Y+或Y-方向的往复运动和绕Y方向转动的示例。

上述实施方式中，探针34在驱动电容的驱动下相对于待测血块40沿一个方向运动或转动的同时，探针34相对于待测血块40之间会有一定的位移或转角。由于待测血块40中血栓的弹性，探针34受驱动产生相对运动时凝血检测装置会受到一定的力或力矩，而可动单元32通过弹性件33弹性连接到固定单元31使得可动单元32悬空于基底层10上方，因此，可动单元32会沿与探针34相同的方向进行运动或转动进而产生相应的形变量(形变量具体指的是可动单元32在相对运动中产生形变的位移或转角)，即将可动单元32沿与探针34相同方向运动的受力或转动的力矩转换成可动单元32的形变量。可动单元32的形变位移或转角与测量电容的实时容值变化相关，因此，通过测量测量电容的实时容值差，可以计算出可动单元32沿一个方向往复运动的受力以及绕一个方向转动的力矩，可动单元32沿一个方向往复运动的受力以及绕一个方向转动的力矩的测量为血栓弹性模量的多维测量打下基础。上述过程中，器件层30集驱动和测量于一体，既测量与待测物之间沿一个方向相对运动的受力、又测量与待测物之间沿该方向转动的力矩，从而实现血栓弹性模量的多维测量，测量精度高、集成度好、成本低，适于批量生产。

上述实施方式中，基底层10的制成材料优选为单晶硅材料，是一种最常见的半导体材料；粘结层20的制成材料优选为苯并环丁烯，苯并环丁烯制成的粘结层20具有优异电绝缘性能。器件层30优选为高参杂导电硅材料。

上述实施方式中，器件层30集驱动和测量于一体，使得整个凝血检测装置结构集成度高，所以，凝血检测装置可以具体制备成一个用于血栓弹性模量检测的传感器，以便于携带，完成多种场合检测。

作为本发明的一种具体实施方式，驱动电容包括第一梳齿电容35A，用于驱动可动单元32沿一个方向运动；第二梳齿电容35B，用于驱动可动单元32沿与一个方向相反方向运动；其中，第一梳齿电容35A的固定电极和第二梳齿电容35B的固定电极分别连接到固定单元31；第一梳齿电容35A的可动电极和第二梳齿电容35B的可动电极分别连接到可动单元32；第一梳齿电容35A和第二梳齿电容35B分别具有对称分布在可动单元32两侧的两个。图3给出了第一梳齿电容35A用于驱动可动单元32沿Y+方向运动、第二梳齿电容35B用于驱动可动单元32沿Y-方向运动的示例。其中，第一梳齿电容35A和第二梳齿电容35B分别都是两个，两个第一梳齿电容35A对称分布在可动单元32两侧，两个第二梳齿电容35B对称分布在可动单元32两侧，对称分布有利于相对运动驱动的平衡性。

作为本发明的一种具体实施方式，如图2所示，驱动电容包括：第一平板电容，其包括位置对应的第一上极板36A和第一下极板11，用于驱动可动单元32沿一个方向转动；以及，第二平板电容，其包括位置对应的第二上极板36B和第二下极板12用于动可动单元32朝与第一平板电容驱动方向相反的方向转动；其中，第一下极板11和第二下极板12均由基底层10上分别与第一上极板36A、第二上极板36B对应的位置处渡一层金属材料构成。如图3所示，如果第一平板电容用于驱动可动单元32沿Y方向逆时针转动，则第二平板电容驱动可动单元32朝Y方向顺时针转动。第一下极板11和第二下极板12分别位于基底层10，第一上极板36A和第二上极板36B分别连接到可动单元32。第一平板电容和第二平板电容对称分布在可动单元32两侧的示例，有利于对称驱动。

上述实施方式中，相对运动位置改变时，可动单元32的形变量过大或者过小，将不利于获得精确的结果，第一上极板36A与第一下极板11之间、第二上极板36B与第二下极板12之间满足：第一下极板11面积大于第一上极板36A的面积，第二下极板12面积大于第二上极板36B的面积，以保证发生相对运动位置改变时第一上极板36A与第一下极板11之间的正对面积不变、第二上极板36B与第二下极板12之间的正对面积不变。

作为本发明的一种具体实施方式，测量电容包括：差动分布在可动单元32两侧的第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B，第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B的实时容值差用于计算可动单元32沿一个方向往复运动的受力；第三梳齿电容37A的固定电极和第四梳齿电容37B的固定电极分别连接到固定单元31；第三梳齿电容37A的可动电极和第四梳齿电容37B的可动电极分别连接到可动单元32。这里，差动分布，如图2和图3所示，指的是第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B的电容呈相反趋势变化。第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B的差动分布，可以提高输出信号的灵敏度和线性度，测量时第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B各自的固定电极与可动电极之间的间距变化应该控制在较小范围内。通过测量第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B的实时容值差，可以计算可动单元32沿一个方向往复运动的受力。

作为本发明的一种具体实施方式，如图2所示，测量电容包括：第三平板电容，其包括位置对应的第三上极板38A和第三下极板13；以及，第四平板电容，其包括位置对应的第四上极板38B和第四下极板14。其中，第三下极板13和第四下极板14均由基底层10上对应位置度的一层金属材料构成。如图2所示，第三下极板13和第四下极板14分别位于基底层10，第三上极板38A和第四上极板38B分别连接到可动单元32。图2还给出了第三平板电容和第四平板电容对称分布在可动单元32两侧的示例。第三平板电容和第四平板电容的实时容值差用于计算可动单元32绕一个方向转动的扭矩。

上述实施方式中，相对运动位置改变时，可动单元32的形变量过大或者过小，对受力和扭矩的测量都是不准确的，所以，第三上极板38A与第三下极板13之间、第四上极板38B与第四下极板14之间满足：第三下极板13面积大于第三上极板38A的面积，第四下极板14面积大于第四上极板38B的面积，且相对运动时位置改变时，第三上极板38A与第三下极板13之间的正对面积不变，第四上极板38B与第四下极板14之间的正对面积不变。

作为本发明的一种具体实施方式，器件层30通过刻蚀的方法刻蚀出沟槽，沟槽用于分隔各个电容以及不同电极。

作为本发明的一种具体实施方式，驱动电容与测量电容之间、测量电容与探针34之间分别设有绝缘的电隔离层39，电隔离层39的电隔离处理，用于保护驱动电容、测量电容以及探针34三者之间的电路互不影响，提高测量精度。电隔离层39设置的方法为在器件层30的驱动电容与测量电容之间、测量电容与探针34之间的位置分别切断，再用绝缘材料粘结。

作为一种优选实施方式，可动单元32位于器件层30的中间位置，提高驱动的平稳性。作为最佳优选，弹性件33为位于可动单元32对应端两侧的四个弹性梁。四个弹性梁较好地保证可动单元32沿一个方向往复运动以及绕一个方向转动的平稳性。

上述实施方式中，驱动电容提供的驱动力可以通过以下公式计算：

$F_e=-\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{AV}}^2}{2d}----------------------------------------\left(1\right)$

公式(1)中，ε₀是相对介电常数，A是第一上极板36A与第一下极板11之间或第二上极板36B与第二下极板12之间或两个第一梳齿电容35A之间或两个第二梳齿电容35B之间的正对面积，V是驱动电压，d是第一上极板36A与第一下极板11之间或第二上极板36B与第二下极板12之间或两个第一梳齿电容35A之间或两个第二梳齿电容35B之间的极板间距。

上述实施方式中，测量电容的第三梳齿电容37A、第四梳齿电容37B、第三平板电容以及第四平板电容中每个电容的大小可以通过下面公式计算：

C＝ε₀*ε*A/d----------------------------------------(2)

公式(2)中，ε₀是相对介电常数，ε是真空中的介电常数，A是第三梳齿电容37A与第四梳齿电容37B之间或第三上极板38A与第三下极板13之间或第四上极板38B与第四下极板14之间的正对面积，d是第三梳齿电容37A与第四梳齿电容37B之间或第三上极板38A与第三下极板13之间或第四上极板38B与第四下极板14之间的极板间距。

通过上述公式(2)，计算第三梳齿电容37A和第四梳齿电容37B以及第三平板电容以及第四平板电容中的每个平板电容在相对运动中的实时容值，将往复运动或转动分别对应的电容的实时容值做差运算，再通过实时容值差，即可计算出往复运动的受力和转动的扭矩，从而实现血栓弹性模量的多维测量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种凝血检测装置，其特征在于，包括：

基底层，其为层状结构；

粘结层，其为具有电绝缘性能的层状结构；以及，

器件层，其包括固定单元、可动单元以及弹性件，所述固定单元通过所述粘结层连接到所述基底层，所述可动单元通过所述弹性件连接到所述固定单元使得所述可动单元悬空于所述基底层上方；

其中，所述器件层还包括驱动所述可动单元与待测物做相对运动的驱动电容、测量电容以及探针，所述探针一端固定连接到所述可动单元、另一端在所述驱动电容的驱动下进入所述待测物做相对运动；

所述相对运动指的是所述可动单元相对于所述待测物沿一个方向往复运动和绕所述一个方向转动；

所述测量电容的实时容值差用于计算所述可动单元沿所述一个方向往复运动的受力以及绕所述一个方向转动的力矩。

2.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述驱动电容包括

第一梳齿电容，用于驱动所述可动单元沿所述一个方向运动；

第二梳齿电容，用于驱动所述可动单元沿与所述一个方向相反方向运动；

其中，所述第一梳齿电容的固定电极和所述第二梳齿电容的固定电极分别连接到所述固定单元；所述第一梳齿电容的可动电极和所述第二梳齿电容的可动电极分别连接到所述可动单元；

所述第一梳齿电容和所述第二梳齿电容分别具有对称分布在所述可动单元两侧的两个。

3.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述驱动电容包括：

第一平板电容，其包括位置对应的第一上极板和第一下极板，用于驱动所述可动单元沿所述一个方向转动；以及，

第二平板电容，其包括位置对应的第二上极板和第二下极板用于动所述可动单元朝与所述第一平板电容驱动方向相反的方向转动；

其中，所述第一下极板和所述第二下极板分别位于所述基底层，所述第一上极板和所述第二上极板分别连接到所述可动单元；

所述第一平板电容和所述第二平板电容对称分布在所述可动单元两侧。

4.如权利要求3所述的凝血检测装置，其特征在于，所述第一上极板与所述第一下极板之间、所述第二上极板与所述第二下极板之间满足：

所述第一下极板面积大于所述第一上极板的面积，所述第二下极板面积大于所述第二上极板的面积，保证发生相对运动位置改变时所述第一上极板与所述第一下极板之间的正对面积不变、所述第二上极板与所述第二下极板之间的正对面积不变。

5.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述测量电容包括：按差动式结构分布在所述可动单元两侧的第三梳齿电容和第四梳齿电容；

所述第三梳齿电容的固定电极和所述第四梳齿电容的固定电极分别连接到所述固定单元；所述第三梳齿电容的可动电极和所述第四梳齿电容的可动电极分别连接到所述可动单元；

所述第三梳齿电容和所述第四梳齿电容的实时容值差用于计算所述可动单元沿所述一个方向往复运动时的受力。

6.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述测量电容包括：

第三平板电容，其包括位置对应的第三上极板和第三下极板；以及，

第四平板电容，其包括位置对应的第四上极板和第四下极板；

其中，所述第三下极板和所述第四下极板分别位于所述基底层，所述第三上极板和所述第四上极板分别连接到所述可动单元；

所述第三平板电容和所述第四平板电容对称分布在所述可动单元的两侧，所述第三平板电容和所述第四平板电容的实时容值差用于计算可动单元绕一个方向转动的扭矩。

7.如权利要求6所述的凝血检测装置，其特征在于，所述第三上极板与所述第三下极板之间、所述第四上极板与所述第四下极板之间满足：

所述第三下极板面积大于所述第三上极板的面积，所述第四下极板面积大于所述第四上极板的面积，保证发生相对运动位置改变时所述第三上极板与所述第三下极板之间的正对面积不变、所述第四上极板与所述第四下极板之间的正对面积不变。

8.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述器件层设有分隔各个电容以及不同电极的沟槽。

9.如权利要求1所述的凝血检测装置，其特征在于，所述驱动电容与所述测量电容之间、所述测量电容与所述探针之间分别设有绝缘的电隔离层。

10.如权利要求1-9中任一项所述的凝血检测装置，其特征在于，所述可动单元位于所述器件层的中间位置。