本發(fā)明涉及疾病的呼出氣體分析領(lǐng)域，具體為用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器。

背景技術(shù)：

1、慢性腎病未能及時(shí)有效救治，會導(dǎo)致病情惡化，最終形成尿毒癥，目前常見的檢測手段，通常是在醫(yī)院進(jìn)行血液檢測和尿液檢測，通過肌酐、血尿素氮、腎小球?yàn)V過率等相關(guān)指標(biāo)來判斷患者自身的腎病情況，整體流程繁瑣需要醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行操作分析，不夠方便，氨主要在腸道中產(chǎn)生，被吸收并進(jìn)入血液，正常情況下，氨是由肝臟通過尿素循環(huán)轉(zhuǎn)化為無毒的尿素，然后由腎臟排泄出體外，然而，當(dāng)腎臟受損時(shí)，其濾過功能和氨排泄能力可能減弱，這導(dǎo)致體內(nèi)的氨在血液中積累，超過正常范圍，體內(nèi)過多的氨不能通過腎臟正常排泄，就會通過其他途徑進(jìn)行排放，其中包括呼吸系統(tǒng)，氨氣可以通過肺泡膜進(jìn)入到呼吸道，然后通過呼吸作用從呼吸氣中排出，因此，腎臟疾病導(dǎo)致的氨積累可能會導(dǎo)致患者呼吸氨濃度升高，因此通過呼吸分析技術(shù)來檢測慢性腎病成為一種可能。

2、傳統(tǒng)的呼吸分析方法有選擇性離子流管質(zhì)譜、光聲光譜、空腔衰蕩光譜法等，上述方法都需要昂貴的費(fèi)用，笨重的設(shè)備以及專業(yè)的技術(shù)人員操作，對患者的臨床檢測和日常監(jiān)測變得更為復(fù)雜，制作出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、便攜以及簡易操作的氨氣傳感器變得很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，解決了現(xiàn)有慢性腎病檢測技術(shù)相對較為昂貴的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，包括以下步驟：

6、s1.通過靜電紡絲的方法制備i?n2o3納米纖維；

7、s2.對收集的蛋殼膜處理清洗以用于柔性基板；

8、s3.通過原位化學(xué)氧化聚合的方式，將苯胺單體與i?n2o3納米纖維生長在蛋殼膜表面制備出基于蛋殼膜為基底的聚苯胺復(fù)合i?n2o3納米纖維的柔性薄膜；

9、通過上述技術(shù)方案，相比于傳統(tǒng)氨呼吸分析檢測儀器，輕便簡單、無需昂貴的費(fèi)用，笨重的設(shè)備以及專業(yè)的技術(shù)人員操作，可以用于慢性腎病患者的自我檢測，且柔性薄膜性能優(yōu)異，對氨氣具有很好的選擇性，同時(shí)有很好的抗彎著能力，很好的彎曲疲勞，在不同濃度不同彎折角度依舊性能穩(wěn)定，在重復(fù)彎折檢驗(yàn)中，響應(yīng)值變化浮動輕微，通過對采集患者呼出氣體，通過響應(yīng)值的大小能夠檢測患者疾病情況，通過與血尿素氮，肌酐含量進(jìn)行相關(guān)性分析，可以由檢測響應(yīng)值的大小來對慢性腎病患者進(jìn)行檢測。

10、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，i?n2o3納米纖維制備，首先，將1.5mmo?l的i?n(no3)3·4.5h2o加入到8.8ml體積比為1:1的n，n-二甲基甲酰胺(dmf)/乙醇混合溶液中，攪拌至完全溶解，然后將1.2g聚乙烯吡咯烷酮(pvp，mw＝1500000)加入上述溶液，攪拌6h，形成膠體溶液，隨后，將所制備的前體溶液轉(zhuǎn)移到帶有金屬噴頭(21號)的10ml注射器中進(jìn)行靜電紡絲，在滾筒上粘貼鋁箔紙收集產(chǎn)品，注射器與滾筒間距15cm，靜電紡絲電壓為18kv，注射器推進(jìn)速率設(shè)定為0.9ml/h，最后，將紡絲產(chǎn)物放入石英舟中在馬弗爐里以500℃退火2h，加熱速率為2℃/min，最終得到i?n2o3納米纖維；

11、通過上述技術(shù)方案，通過對i?n2o3納米纖維制備的細(xì)化，提升了傳感器的氣體響應(yīng)性能，使其在低濃度氨氣的檢測中更加靈敏。

12、進(jìn)一步地，所述步驟s2中所述處理清理方法，用去離子水清洗幾次以去除污染物，然后將膜與蛋殼分離，將蛋殼膜放入hcl(1m)中浸泡一小時(shí)，以除去膜上的caco3和沒有除盡的蛋清，浸泡后，取出膜，用去離子水洗滌數(shù)次，最后將膜儲存在去離子水中以備后用；

13、通過上述技術(shù)方案，通過蛋殼膜的處理步驟，確保了柔性基底的質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而提高了傳感器的可靠性和長期使用性能。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s3中原位化學(xué)氧化聚合法，將0.15mmo?l過硫酸銨(aps)溶解于30ml1mhcl溶液中，磁力攪拌30min，并在冰浴中預(yù)冷，制備溶液a，同時(shí)，將0.15mmo?l苯胺(使用前蒸餾)和20摩爾百分比的i?n2o3納米纖維溶解在一定量的hcl溶液中，超聲波處理30min，得到溶液b，然后將a溶液作為氧化劑緩慢加入到b溶液中，隨后，將一片蛋殼膜(esm)放入上述混合溶液中，將溶液放入冰箱冷藏過夜，以維持其原位化學(xué)氧化聚合反應(yīng)，最后，將pan?i/i?n2o3包覆的esm用乙醇和去離子水交替清洗去掉多余的物質(zhì)，然后用濾紙包裹，在自然環(huán)境中干燥24h；

15、通過上述技術(shù)方案，改善了傳感器的導(dǎo)電性和氣敏性能，進(jìn)一步增強(qiáng)了其對氨氣的靈敏度和響應(yīng)速度。

16、進(jìn)一步地，根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于臨床慢性腎病患者的無痛早期診斷。

17、進(jìn)一步地，根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于臨床慢性腎病患者血液內(nèi)肌酐和尿素氮含量的無痛檢查表征。

18、進(jìn)一步地，根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于尿毒癥患者透析過程監(jiān)測以及透析療效的監(jiān)測。

19、(三)有益效果

20、本發(fā)明提供了用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器。具備以下有益效果：

21、1、本發(fā)明提供了用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，通過原位化學(xué)氧化聚合的方法將苯胺與i?n2o3納米纖維生長在蛋殼膜表面，通過該柔性器件可以進(jìn)一步構(gòu)建可穿戴的柔性氨氣氣體傳感器，通過對病人呼出氣體中氨氣響應(yīng)值的大小，來實(shí)現(xiàn)對慢性腎病患者的疾病監(jiān)測，且該方法具備簡單、方便、靈敏度高、性能穩(wěn)定和制作簡單價(jià)格低廉的特點(diǎn)，將信號轉(zhuǎn)化為可見電阻響應(yīng)信號，能夠達(dá)到簡便、快速有效的慢性腎病的檢測。

22、2、本發(fā)明提供了用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，本發(fā)明所述的柔性薄膜制備工藝簡單、價(jià)格低廉、且柔性基板使用廢棄的蛋殼膜具有環(huán)境友好性，本發(fā)明所述的柔性薄膜氨氣氣體傳感器氨氣的檢測下限低、靈敏度高、對氨氣具有很好的選擇性以及長期穩(wěn)定性，本發(fā)明所屬的柔性薄膜氨氣氣體傳感器具有很好的機(jī)械彎曲和疲勞性能，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性以及抗疲勞能力。能夠勝任可穿戴氣體傳感器在場景中柔性的使用。

23、3、本發(fā)明提供了用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，本發(fā)明所述的柔性薄膜氨氣氣體傳感器，通過檢測慢性腎病患者的呼出氣體中氨氣濃度，通過傳感器得到的響應(yīng)值，對患者進(jìn)行疾病檢測，本發(fā)明所屬的柔性薄膜氨氣氣體傳感器對患者呼出氣體中氨氣的響應(yīng)值與患者相關(guān)血液指標(biāo)(血尿素氮、肌酐等)具有良好的相關(guān)性，可作為一種可靠、快速無創(chuàng)的用于慢性腎病患者的疾病檢測手段。

技術(shù)特征：

1.用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，其特征在于：所述步驟s1中，in2o3納米纖維制備，首先，將1.5mmol的in(no3)3·4.5h2o加入到8.8ml體積比為1:1的n，n-二甲基甲酰胺(dmf)/乙醇混合溶液中，攪拌至完全溶解，然后將1.2g聚乙烯吡咯烷酮(pvp，mw＝1500000)加入上述溶液，攪拌6h，形成膠體溶液，隨后，將所制備的前體溶液轉(zhuǎn)移到帶有金屬噴頭(21號)的10ml注射器中進(jìn)行靜電紡絲，在滾筒上粘貼鋁箔紙收集產(chǎn)品，注射器與滾筒間距15cm，靜電紡絲電壓為18kv，注射器推進(jìn)速率設(shè)定為0.9ml/h，最后，將紡絲產(chǎn)物放入石英舟中在馬弗爐里以500℃退火2h，加熱速率為2℃/min，最終得到in2o3納米纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，其特征在于：所述步驟s2中所述處理清理方法，用去離子水清洗幾次以去除污染物，然后將膜與蛋殼分離，將蛋殼膜放入hcl(1m)中浸泡一小時(shí)，以除去膜上的caco3和沒有除盡的蛋清，浸泡后，取出膜，用去離子水洗滌數(shù)次，最后將膜儲存在去離子水中以備后用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，其特征在于：所述步驟s3中原位化學(xué)氧化聚合法，將0.15mmol過硫酸銨(aps)溶解于30ml1mhcl溶液中，磁力攪拌30min，并在冰浴中預(yù)冷，制備溶液a，同時(shí)，將0.15mmol苯胺(使用前蒸餾)和20摩爾百分比的in2o3納米纖維溶解在一定量的hcl溶液中，超聲波處理30min，得到溶液b，然后將a溶液作為氧化劑緩慢加入到b溶液中，隨后，將一片蛋殼膜(esm)放入上述混合溶液中，將溶液放入冰箱冷藏過夜，以維持其原位化學(xué)氧化聚合反應(yīng)，最后，將pani/in2o3包覆的esm用乙醇和去離子水交替清洗去掉多余的物質(zhì)，然后用濾紙包裹，在自然環(huán)境中干燥24h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于慢性腎病患者的臨床無痛早期診斷。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于臨床慢性腎病患者血液內(nèi)肌酐和尿素氮含量的無痛檢查表征。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述制備得到的高靈敏度柔性氨氣氣體傳感器用于尿毒癥患者透析過程監(jiān)測以及透析療效的評估。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供用于早期慢性腎病診斷與尿毒癥透析療效監(jiān)測的高靈敏氨氣傳感器，涉及疾病的呼出氣體分析領(lǐng)域。該氣體傳感器的制備方法，包括以下步驟：S1.通過靜電紡絲的方法制備I?n<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;納米纖維；S2.對收集的蛋殼膜處理清洗以用于柔性基板；S3.通過原位化學(xué)氧化聚合的方式，將苯胺單體與I?n<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;納米纖維生長在蛋殼膜表面制備出基于蛋殼膜為基底的聚苯胺復(fù)合I?n<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;納米纖維的柔性薄膜。本發(fā)明中，分析患者和健康人呼出氣體中NH3以及肌酐的濃度差異，實(shí)現(xiàn)對慢性腎病的無痛早期診斷，通過分析尿毒癥患者透析過程呼出氣體中NH3濃度的變化，來無痛監(jiān)測透析過程，評估療效，同時(shí)，通過臨床測試得到，該傳感器對呼出氣體的響應(yīng)值與表征體內(nèi)代謝氮廢物含量的臨床指標(biāo)肌酐和血尿素氮之間有著良好的線性關(guān)系。

技術(shù)研發(fā)人員：景強(qiáng),劉波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15