一種新型便攜式血栓檢測設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種便攜式血栓檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)與制作方法，其特征在于利用硅基石墨烯材料和先進(jìn)微納加工技術(shù)，利用凝血過程中，正常血液和血栓患者血液的相變轉(zhuǎn)化點(diǎn)的不同，實(shí)現(xiàn)血栓疾病的早期檢測和診斷。該便攜式檢測器件寬約3-5厘米，長約8-11厘米，所有電源器件、信號(hào)處理器件和體外血液檢測芯片全部集成于其中。該便攜式器件為可拋棄型一次性使用醫(yī)療診斷器件。使用時(shí)，僅需患者或醫(yī)護(hù)人員對(duì)于患者進(jìn)行指尖采血2-5微升，將血液至于檢測芯片中間，開啟電源，在凝血過程完成2-3分鐘內(nèi)，處理電路將語音及數(shù)字顯示提示檢測結(jié)果。
【專利說明】一種新型便攜式血栓檢測設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型先進(jìn)便攜式血栓檢測系統(tǒng)及制作方法，具體地說，是利用半導(dǎo)體微納加工工藝結(jié)合半導(dǎo)體和石墨烯材料實(shí)現(xiàn)便攜式血栓傳感的微型集成芯片制作。通過金屬引線，將檢測芯片與電源及信號(hào)采集與處理芯片相連接，實(shí)現(xiàn)凝血過程中，血液相變轉(zhuǎn)化的監(jiān)測，從而給出被檢測血液患有血栓疾病的診斷參考依據(jù)。本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]血栓是在血管中形成的血塊，于循環(huán)系統(tǒng)中會(huì)妨礙或阻斷血流。當(dāng)血管受損，血液中的血小板和纖維蛋白會(huì)聚集而形成血塊修補(bǔ)之，以避免失血或因血流沖擊造成血管進(jìn)一步傷害。但若血塊脫落，就很可能成為血栓。老年人血管老化，血管壁受損，易患高血壓、動(dòng)脈硬化、糖尿病。血管內(nèi)皮細(xì)胞受損后，產(chǎn)生的凝血激酶增多，促進(jìn)凝血酶形成，凝血黃素A2也增多，同時(shí)制造抗凝物質(zhì)前列環(huán)素減少，易誘發(fā)血栓形成。如血糖增高時(shí)，糖與紅血球中的血紅蛋白結(jié)合，使全身組織缺氧，這時(shí)血小板凝集性增強(qiáng)，粘度增大，容易促進(jìn)血栓形成。如果血栓發(fā)生在心臟部位，那么臨床表現(xiàn)即為心血栓或心肌梗塞；如果血栓發(fā)生在腦部血管，那么臨床表現(xiàn)即為腦血栓或腦中風(fēng)。
[0003]血栓的形成，一般有內(nèi)皮，凝血因子，血小板，纖維蛋白原參與，這些可以形成血栓。機(jī)體有很強(qiáng)的平衡能力，不讓血栓繼續(xù)增加，立即形成纖維溶解系統(tǒng)，來溶解血栓，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，機(jī)體時(shí)時(shí)刻刻都是這樣，所為形成血栓，就是平衡破壞了，血脂只是造成血液粘稠，血流緩慢的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)然內(nèi)皮功能，高凝狀態(tài)也是原因。越粘稠，血流越慢，越容易血栓。
[0004]血栓比較復(fù)雜，牽涉好多環(huán)節(jié)，醫(yī)院就醫(yī)的患者一般都是得病的，或者高?；颊?，治療比較簡單，就是抗血栓，有很多藥物。關(guān)鍵是，你所測定的血栓高?；颊撸隗w內(nèi)變數(shù)很多，就是到醫(yī)院也不能肯定是哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，除非像心肌梗死或者腦血栓這些比較肯定是血小板出了問題，或者下肢靜脈血栓，凝血功能出了問題。
[0005]一般來說血栓形成主要由三個(gè)因素:1血流緩慢，2高凝狀態(tài)3內(nèi)皮損傷。
[0006]血栓檢測與預(yù)警一直是全球醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。隨著我國老齡化比重的增力口，血栓及中風(fēng)的患病率也大幅提高。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)歷時(shí)三年對(duì)腦中風(fēng)疾病的跟蹤調(diào)查。我國現(xiàn)有腦中風(fēng)患者300萬，每年死亡高達(dá)100萬。發(fā)病率居世界第二位，僅次于俄羅斯。中國新聞網(wǎng)2012年7月19日電，中國每年新發(fā)腦中風(fēng)患者約200萬人，并以每年近9%的速度上升。據(jù)世界衛(wèi)生組織2011年數(shù)據(jù):全球每6個(gè)人中就有I人可能罹患中風(fēng)，每6秒就有I人死于中風(fēng)，在我國千萬中風(fēng)患者家庭正面臨“一人中風(fēng)”全家癱瘓的危機(jī)，中風(fēng)患者已成為中國第一大“不幸福群體”。如何有效防治中風(fēng)帶來的危害成為擺在全社會(huì)面前的待解課題，有待社會(huì)共同關(guān)注與救援。
[0007]現(xiàn)有的血栓檢測設(shè)備主要分為以下幾類:
[0008]1、機(jī)械傳動(dòng)式血栓檢測系統(tǒng):該系統(tǒng)包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、微電腦程序控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)環(huán)工作室及薄膜面板顯示系統(tǒng)五大部分組成。其檢測原理為儀器內(nèi)控制的溫度為37度,和人體溫是一樣儀器轉(zhuǎn)動(dòng)的速度,和人體血液循環(huán)的速度是一樣的。通過儀器的離心技術(shù)，把體內(nèi)一毫升血里攜帶的血栓因子聚集在一起，看所形成血栓的長度，血栓的干重和濕重，從而判斷出疾病的輕重。該方法因?yàn)樾枰獧C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，所以價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用貴，設(shè)備故障率高。
[0009]2、血栓定位傳感器:借助先進(jìn)的傳感器網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出一種由激光二極管與螺旋狀高分子聚合物制成的柔性記憶器械，將其插入頸動(dòng)脈后利用CT精確定位即可取出栓子。設(shè)備由微型傳感器單元和智能手機(jī)組成。微型傳感器可以實(shí)時(shí)記錄下患者的生理信號(hào)包括心電圖、溫度、血糖、血壓等，而情景傳感器則包含了測運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)，測環(huán)境的溫度、噪聲傳感器，測心理的皮膚傳導(dǎo)計(jì)等。最終，這些綜合數(shù)據(jù)都可以通過智能手機(jī)傳遞給患者本人、患者家屬以及相關(guān)醫(yī)生。該檢測傳感器僅處于概念階段，而且需要在頸動(dòng)脈植入，操作費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)都相對(duì)很大。
[0010]3、血栓彈力檢測儀的數(shù)據(jù)采集裝置(CN 203203993 U):包括依次連接的傳感器測量輸出模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和串口通訊電路，單片機(jī)上還連接有晶振電路，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和串口通訊電路還分別與電源電路連接。采用單片機(jī)對(duì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高速、實(shí)時(shí)的采集與控制，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，能夠遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)換與發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠成本較低、通用性強(qiáng)，安全性高。雖然本方法為最先進(jìn)的檢測方法，但是設(shè)備成本昂貴，單次檢測患者成本超過1500元人民幣。而且設(shè)備昂貴，維護(hù)成本高，所以該設(shè)備僅適合于醫(yī)院臨床確診使用，而不適用于便攜式家庭及救護(hù)車、醫(yī)院初步臨床篩選診斷。
[0011]4、基于超聲波換能器的血栓檢測設(shè)備(CN 1878504 A，JP-A-2001-327495):該超聲波換能器血栓檢測設(shè)備主要包括:換能器，附著于受檢對(duì)象的監(jiān)控部分，并且發(fā)射和接收超聲波；發(fā)射機(jī)和接收機(jī)單元，向換能器發(fā)射并施加驅(qū)動(dòng)脈沖，并接收從換能器輸出的回波信號(hào)；以及使用超聲波的檢測器，處理發(fā)射機(jī)和接收機(jī)單元(11)的輸出信號(hào)，并檢測通過血管的血栓；和/或光源，產(chǎn)生活體檢查光；探頭，附著于受檢對(duì)象的監(jiān)控部分，并且從光源向受檢對(duì)象照射活體檢查光；光接收單元，接收從探頭照射且通過受檢對(duì)象的活體檢查光，并根據(jù)接收到的活體檢查光的強(qiáng)度，輸出電信號(hào)；以及使用活體光的檢測器，處理光接收單元的輸出信號(hào)，并檢測通過血管的血栓。該設(shè)備體積龐大，同時(shí)成本昂貴，需要超聲換能器和光學(xué)檢測相結(jié)合使用。
[0012]以上幾種現(xiàn)有設(shè)備，均不能實(shí)現(xiàn)小型化，便攜式的血栓檢測。本發(fā)明所涉及的新型便攜式血栓檢測設(shè)備，基于先進(jìn)的半導(dǎo)體與石墨烯材料，通過先進(jìn)的微納加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)血栓檢測芯片的圓片級(jí)低成本制作，結(jié)合小型化紐扣型電池和高度集成的信號(hào)采集與處理芯片，形成了一套便攜式快捷血栓檢測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種新型便攜式檢測設(shè)備的制作方法。
[0014]結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明提供的先進(jìn)便攜式血栓檢測設(shè)備包括電源部件，血栓檢測芯片和信號(hào)采集和處理電路。該便攜式血栓檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其血栓檢測芯片制作工藝流程如圖2所示:
[0015]1、采用高阻硅片，或者其它高電阻率襯底，首先進(jìn)行微納加工的標(biāo)準(zhǔn)清洗；
[0016]2、將經(jīng)過高溫生長的或者等離子體淀積生長的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到高阻硅襯底上；
[0017]3、進(jìn)行涂膠，采用設(shè)計(jì)的微電阻掩模板，通過紫外曝光并顯影實(shí)現(xiàn)光刻膠的圖形化；
[0018]4、通過氧氣等離子體化學(xué)刻蝕或者氬氣等離子體物理刻蝕，實(shí)現(xiàn)將光刻膠的圖形轉(zhuǎn)移到石墨烯薄膜上，形成石墨烯微電阻；
[0019]5、采用丙酮濕法或者等離子體干法等方法去除光刻膠；
[0020]6、通過磁控濺射或電子束蒸發(fā)等方法，實(shí)現(xiàn)金屬薄膜淀積；
[0021]7、再次涂光刻膠，并利用金屬互聯(lián)引線的光刻板進(jìn)行紫外光刻并顯影，實(shí)現(xiàn)光刻膠的圖形化；
[0022]8、通過金屬的干法刻蝕或者濕法腐蝕，實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)引線的圖形化；
[0023]9、采用丙酮濕法或者等離子體干法等方法去除光刻膠，完成血栓檢測芯片的圓片級(jí)制作。
[0024]綜上所述，本發(fā)明提供了一種新型便攜式血栓檢測微系統(tǒng)，基于紐扣級(jí)[D1]電源的供電，血栓檢測芯片對(duì)于血凝過程中液相和固相轉(zhuǎn)變過程的檢測，通過數(shù)據(jù)采集和處理芯片的數(shù)據(jù)采集、處理和定量圖形化輸出。血栓檢測芯片的工作原理為血凝過程中液相和固相轉(zhuǎn)變過程引起石墨烯薄膜微電阻電阻值改變，通過惠斯通電橋檢測電路實(shí)現(xiàn)石墨烯微電阻電阻值變化，進(jìn)而給出被檢測血液存在潛在血栓風(fēng)險(xiǎn)的定量圖形化檢測結(jié)果輸出。
[0025]本發(fā)明采用了石墨烯先進(jìn)材料，通過微加工技術(shù)制成微電阻元件，作為血栓檢測的敏感元件。并結(jié)合惠斯通電橋數(shù)據(jù)采集和處理芯片，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的輸出。通過血液模擬實(shí)驗(yàn)，該器件準(zhǔn)確率達(dá)到99.9%，可以定量的給出被檢測血液所存在的血栓疾病風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于血栓疾病的早期發(fā)現(xiàn)和早期治療有著突破性的貢獻(xiàn)，可以大大減少血栓和中風(fēng)患者及其家人所承受的巨大痛苦。
[0026]本發(fā)明所涉及的便攜式血栓檢測設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括:
[0027]1、醫(yī)院臨床早期診斷血栓應(yīng)用；
[0028]2、家用及醫(yī)用救護(hù)車等便攜式血栓診斷應(yīng)用；
[0029]3、戰(zhàn)時(shí)野外急救，地震等重大災(zāi)害以外急救等，針對(duì)于傷患血液情況緊急檢測的應(yīng)用。
[0030]鑒于本發(fā)明優(yōu)越的器件性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，說明本方法是一種有效的便攜式血栓檢測芯片及設(shè)備制作方法，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景、深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0031 ] 與現(xiàn)有的方法比較，本發(fā)明提供的制作方法制作的便攜式血栓檢測設(shè)備具有以下特點(diǎn):
[0032]1、采用先進(jìn)石墨烯材料，并利用其電阻本征特性實(shí)現(xiàn)對(duì)于血栓的敏感；
[0033]2、才有先進(jìn)微納加工工藝，實(shí)現(xiàn)檢測芯片的小型化；
[0034]3、基于惠斯通電橋檢測電路，實(shí)現(xiàn)檢測信號(hào)的精確檢測和輸出；
[0035]4、通過圓片級(jí)傳感芯片的制作，可以大大降低傳感芯片的制作成本，提高器件的一致性和成品率；
[0036]5、施加反饋補(bǔ)償信號(hào)，通過惠斯通電橋檢測電路可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高的器件測試分辨率；
[0037]6、與現(xiàn)有器件相比，本器件具有體積小，功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高、使用操作便捷等顯著優(yōu)勢；
[0038]7、采用先進(jìn)微納加工技術(shù)制作，有利于器件的批量化生產(chǎn)，降低器件成本；
[0039]9、該器件可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)院血液檢測、家庭血液健康監(jiān)測及特種情況下野外急救等各個(gè)領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1:便攜式血栓檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:1為血栓檢測芯片，2為信號(hào)采集與處理芯片，3為電源(鈕扣電池等);
[0041]圖2:血栓檢測芯片制作工藝流程，a高阻硅片襯底清洗，b石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到高阻硅襯底，c涂光刻膠并光刻顯影，d石墨烯薄膜刻蝕圖形化，e去除光刻膠，f金屬薄膜淀積，g涂光刻膠并光刻顯影，h金屬腐蝕圖形化,I去除光刻膠,4為高阻娃片,5為石墨烯,6為光刻膠，7為金屬層(可以為金，鉬，鈦，鎢，鉻，銀，鋁等其中的一種或幾種的組合)；
[0042]圖3:為石墨烯微電阻的掃描電子顯微鏡照片；
[0043]圖4:為本便攜式血栓檢測設(shè)備的定量級(jí)圖形化輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種新型便攜式血栓檢測設(shè)備，其特征在于所述的血栓檢測設(shè)備是由電源、血栓檢測芯片和信號(hào)采集與處理芯片構(gòu)成。
2.按權(quán)利要求1所述的血栓檢測芯片，是通過測試和對(duì)比正常血液與被測血液的凝血表現(xiàn)，表現(xiàn)出血液從液態(tài)到固態(tài)的相變差異，從而給出被檢測血液所患血栓疾病的風(fēng)險(xiǎn)。
3.按權(quán)利要求1所述的血栓檢測芯片，其制作是采用先進(jìn)微納加工工藝制作，所用工藝包括襯底材料清洗、薄膜材料生長淀積、材料圖形化、金屬引線制作等。
4.按權(quán)利要求1所述的信號(hào)采集與處理芯片，其制作是采用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路制作工藝制作，具有電學(xué)信號(hào)采集、計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)、信號(hào)語音和顯示輸出等功能。
5.按權(quán)利要求1所述的電源，為標(biāo)準(zhǔn)商用紐扣電池，通過器件整體開關(guān)實(shí)現(xiàn)電源與信號(hào)采集與處理芯片和血栓檢測芯片的開啟和關(guān)閉控制。
6.制備如權(quán)利要求2、3所述的血栓檢測芯片，結(jié)合石墨烯材料在不同黏附狀態(tài)下的電阻性能的差別，包括:①硅基石墨烯微電阻的制作，②微電阻引線的制作， 其具體步驟為: (1)購買高電阻率硅基襯底，襯底還可為具有高電阻率的其他材料，包括石英、玻璃、高電阻率化合物半導(dǎo)體襯底、高電阻率聚合物襯底或薄膜等等； (2)購買基于金屬或者其他材料的石墨烯薄膜材料； (3)將石墨烯薄膜材料轉(zhuǎn)移到高電阻率襯底； (4)通過旋涂或者噴涂將光刻膠均勻的涂于高阻硅襯底上的石墨烯薄膜，并顯影光刻，實(shí)現(xiàn)光刻膠的圖形化； (5)通過氧氣或者氬氣及其他等離子氣體的化學(xué)/物理等離子刻蝕，實(shí)現(xiàn)在光刻膠掩模小的石墨烯薄膜的圖形化，實(shí)現(xiàn)石墨烯先進(jìn)微電阻的制作； (6)通過濺射或者電子束蒸發(fā)等工藝，實(shí)現(xiàn)石墨烯微電阻上金屬層的制作； (7)再次通過旋涂或者噴涂將光刻膠均勻的涂于淀積的金屬層上，并顯影光刻，實(shí)現(xiàn)光刻膠的圖形化； (8)通過干法刻蝕或者濕法腐蝕，實(shí)現(xiàn)金屬引線/電極的圖形化制作； (9)將制作好的圓片進(jìn)行劃片和測試電阻信號(hào)預(yù)檢測，即完成了如權(quán)利要求2、3所述的血栓檢測芯片制作。
7.如權(quán)利要求6所述的血栓檢測芯片的制作方法，其特征在于充分的利用了高阻硅基襯底與先進(jìn)石墨烯材料特有的電阻相變響應(yīng)特性，通過先進(jìn)微納加工工藝實(shí)現(xiàn)石墨烯微電阻和金屬引線互聯(lián)的制作，實(shí)現(xiàn)本先進(jìn)血栓檢測芯片的高性能、高集成、低成本的圓片級(jí)制作。
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK104132969SQ201410362663
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】劉玉菲 申請(qǐng)人:劉玉菲