一種新型便攜式血栓檢測設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種便攜式血栓檢測設備的設計與制作方法，其特征在于利用硅基石墨烯材料和先進微納加工技術，利用凝血過程中，正常血液和血栓患者血液的相變轉化點的不同，實現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療診斷器件。使用時，僅需患者或醫護人員對于患者進行指尖采血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，處理電路將語音及數字顯示提示檢測結果。
【專利說明】一種新型便攜式血栓檢測設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型先進便攜式血栓檢測系統及制作方法，具體地說，是利用半導體微納加工工藝結合半導體和石墨烯材料實現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采集與處理芯片相連接，實現凝血過程中，血液相變轉化的監測，從而給出被檢測血液患有血栓疾病的診斷參考依據。本發明屬于醫療器械領域。

【背景技術】
[0002]血栓是在血管中形成的血塊，于循環系統中會妨礙或阻斷血流。當血管受損，血液中的血小板和纖維蛋白會聚集而形成血塊修補之，以避免失血或因血流沖擊造成血管進一步傷害。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、動脈硬化、糖尿病。血管內皮細胞受損后，產生的凝血激酶增多，促進凝血酶形成，凝血黃素A2也增多，同時制造抗凝物質前列環素減少，易誘發血栓形成。如血糖增高時，糖與紅血球中的血紅蛋白結合，使全身組織缺氧，這時血小板凝集性增強，粘度增大，容易促進血栓形成。如果血栓發生在心臟部位，那么臨床表現即為心血栓或心肌梗塞；如果血栓發生在腦部血管，那么臨床表現即為腦血栓或腦中風。
[0003]血栓的形成，一般有內皮，凝血因子，血小板，纖維蛋白原參與，這些可以形成血栓。機體有很強的平衡能力，不讓血栓繼續增加，立即形成纖維溶解系統，來溶解血栓，達到動態平衡，機體時時刻刻都是這樣，所為形成血栓，就是平衡破壞了，血脂只是造成血液粘稠，血流緩慢的一個環節，當然內皮功能，高凝狀態也是原因。越粘稠，血流越慢，越容易血栓。
[0004]血栓比較復雜，牽涉好多環節，醫院就醫的患者一般都是得病的，或者高危患者，治療比較簡單，就是抗血栓，有很多藥物。關鍵是，你所測定的血栓高危患者，在體內變數很多，就是到醫院也不能肯定是哪個環節出了問題，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因素:1血流緩慢，2高凝狀態3內皮損傷。
[0006]血栓檢測與預警一直是全球醫學領域研究的熱點問題。隨著我國老齡化比重的增力口，血栓及中風的患病率也大幅提高。根據權威機構歷時三年對腦中風疾病的跟蹤調查。我國現有腦中風患者300萬，每年死亡高達100萬。發病率居世界第二位，僅次于俄羅斯。中國新聞網2012年7月19日電，中國每年新發腦中風患者約200萬人，并以每年近9%的速度上升。據世界衛生組織2011年數據:全球每6個人中就有I人可能罹患中風，每6秒就有I人死于中風，在我國千萬中風患者家庭正面臨“一人中風”全家癱瘓的危機，中風患者已成為中國第一大“不幸福群體”。如何有效防治中風帶來的危害成為擺在全社會面前的待解課題，有待社會共同關注與救援。
[0007]現有的血栓檢測設備主要分為以下幾類:
[0008]1、機械傳動式血栓檢測系統:該系統包括機械傳動系統、控溫系統、微電腦程序控制系統、轉環工作室及薄膜面板顯示系統五大部分組成。其檢測原理為儀器內控制的溫度為37度,和人體溫是一樣儀器轉動的速度,和人體血液循環的速度是一樣的。通過儀器的離心技術，把體內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。該方法因為需要機械傳動系統，所以價格昂貴，維護費用貴，設備故障率高。
[0009]2、血栓定位傳感器:借助先進的傳感器網技術開發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，將其插入頸動脈后利用CT精確定位即可取出栓子。設備由微型傳感器單元和智能手機組成。微型傳感器可以實時記錄下患者的生理信號包括心電圖、溫度、血糖、血壓等，而情景傳感器則包含了測運動的加速度計，測環境的溫度、噪聲傳感器，測心理的皮膚傳導計等。最終，這些綜合數據都可以通過智能手機傳遞給患者本人、患者家屬以及相關醫生。該檢測傳感器僅處于概念階段，而且需要在頸動脈植入，操作費用和風險都相對很大。
[0010]3、血栓彈力檢測儀的數據采集裝置(CN 203203993 U):包括依次連接的傳感器測量輸出模塊、模擬/數字轉換電路、單片機和串口通訊電路，單片機上還連接有晶振電路，模擬/數字轉換電路、單片機和串口通訊電路還分別與電源電路連接。采用單片機對模擬/數字轉換器進行高速、實時的采集與控制，設計合理，結構簡單，能夠遠距離、實時采集轉換與發送檢測數據，同時對環境的適應性強，性能穩定可靠成本較低、通用性強，安全性高。雖然本方法為最先進的檢測方法，但是設備成本昂貴，單次檢測患者成本超過1500元人民幣。而且設備昂貴，維護成本高，所以該設備僅適合于醫院臨床確診使用，而不適用于便攜式家庭及救護車、醫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備(CN 1878504 A，JP-A-2001-327495):該超聲波換能器血栓檢測設備主要包括:換能器，附著于受檢對象的監控部分，并且發射和接收超聲波；發射機和接收機單元，向換能器發射并施加驅動脈沖，并接收從換能器輸出的回波信號；以及使用超聲波的檢測器，處理發射機和接收機單元(11)的輸出信號，并檢測通過血管的血栓；和/或光源，產生活體檢查光；探頭，附著于受檢對象的監控部分，并且從光源向受檢對象照射活體檢查光；光接收單元，接收從探頭照射且通過受檢對象的活體檢查光，并根據接收到的活體檢查光的強度，輸出電信號；以及使用活體光的檢測器，處理光接收單元的輸出信號，并檢測通過血管的血栓。該設備體積龐大，同時成本昂貴，需要超聲換能器和光學檢測相結合使用。
[0012]以上幾種現有設備，均不能實現小型化，便攜式的血栓檢測。本發明所涉及的新型便攜式血栓檢測設備，基于先進的半導體與石墨烯材料，通過先進的微納加工技術，實現血栓檢測芯片的圓片級低成本制作，結合小型化紐扣型電池和高度集成的信號采集與處理芯片，形成了一套便攜式快捷血栓檢測系統。


【發明內容】

[0013]本發明的目的在于提供一種新型便攜式檢測設備的制作方法。
[0014]結構上，本發明提供的先進便攜式血栓檢測設備包括電源部件，血栓檢測芯片和信號采集和處理電路。該便攜式血栓檢測系統整體結構如圖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，首先進行微納加工的標準清洗；
[0016]2、將經過高溫生長的或者等離子體淀積生長的石墨烯薄膜轉移到高阻硅襯底上；
[0017]3、進行涂膠，采用設計的微電阻掩模板，通過紫外曝光并顯影實現光刻膠的圖形化；
[0018]4、通過氧氣等離子體化學刻蝕或者氬氣等離子體物理刻蝕，實現將光刻膠的圖形轉移到石墨烯薄膜上，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等方法，實現金屬薄膜淀積；
[0021]7、再次涂光刻膠，并利用金屬互聯引線的光刻板進行紫外光刻并顯影，實現光刻膠的圖形化；
[0022]8、通過金屬的干法刻蝕或者濕法腐蝕，實現金屬互聯引線的圖形化；
[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制作。
[0024]綜上所述，本發明提供了一種新型便攜式血栓檢測微系統，基于紐扣級[D1]電源的供電，血栓檢測芯片對于血凝過程中液相和固相轉變過程的檢測，通過數據采集和處理芯片的數據采集、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現石墨烯微電阻電阻值變化，進而給出被檢測血液存在潛在血栓風險的定量圖形化檢測結果輸出。
[0025]本發明采用了石墨烯先進材料，通過微加工技術制成微電阻元件，作為血栓檢測的敏感元件。并結合惠斯通電橋數據采集和處理芯片，實現檢測結果的輸出。通過血液模擬實驗，該器件準確率達到99.9%，可以定量的給出被檢測血液所存在的血栓疾病風險，對于血栓疾病的早期發現和早期治療有著突破性的貢獻，可以大大減少血栓和中風患者及其家人所承受的巨大痛苦。
[0026]本發明所涉及的便攜式血栓檢測設備的應用領域主要包括:
[0027]1、醫院臨床早期診斷血栓應用；
[0028]2、家用及醫用救護車等便攜式血栓診斷應用；
[0029]3、戰時野外急救，地震等重大災害以外急救等，針對于傷患血液情況緊急檢測的應用。
[0030]鑒于本發明優越的器件性能和廣泛的應用領域，說明本方法是一種有效的便攜式血栓檢測芯片及設備制作方法，可以實現批量生產，具有廣泛的應用前景、深遠的社會效益和可觀的經濟效益。
[0031 ] 與現有的方法比較，本發明提供的制作方法制作的便攜式血栓檢測設備具有以下特點:
[0032]1、采用先進石墨烯材料，并利用其電阻本征特性實現對于血栓的敏感；
[0033]2、才有先進微納加工工藝，實現檢測芯片的小型化；
[0034]3、基于惠斯通電橋檢測電路，實現檢測信號的精確檢測和輸出；
[0035]4、通過圓片級傳感芯片的制作，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、施加反饋補償信號，通過惠斯通電橋檢測電路可以進一步實現更高的器件測試分辨率；
[0037]6、與現有器件相比，本器件具有體積小，功耗低、結構簡單、檢測精度高、使用操作便捷等顯著優勢；
[0038]7、采用先進微納加工技術制作，有利于器件的批量化生產，降低器件成本；
[0039]9、該器件可以廣泛應用于醫院血液檢測、家庭血液健康監測及特種情況下野外急救等各個領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1:便攜式血栓檢測系統結構示意圖，圖中:1為血栓檢測芯片，2為信號采集與處理芯片，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備的定量級圖形化輸出。
【權利要求】
1.一種新型便攜式血栓檢測設備，其特征在于所述的血栓檢測設備是由電源、血栓檢測芯片和信號采集與處理芯片構成。
2.按權利要求1所述的血栓檢測芯片，是通過測試和對比正常血液與被測血液的凝血表現，表現出血液從液態到固態的相變差異，從而給出被檢測血液所患血栓疾病的風險。
3.按權利要求1所述的血栓檢測芯片，其制作是采用先進微納加工工藝制作，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.按權利要求1所述的信號采集與處理芯片，其制作是采用標準的集成電路制作工藝制作，具有電學信號采集、計時器計時、信號語音和顯示輸出等功能。
5.按權利要求1所述的電源，為標準商用紐扣電池，通過器件整體開關實現電源與信號采集與處理芯片和血栓檢測芯片的開啟和關閉控制。
6.制備如權利要求2、3所述的血栓檢測芯片，結合石墨烯材料在不同黏附狀態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，實現光刻膠的圖形化； (5)通過氧氣或者氬氣及其他等離子氣體的化學/物理等離子刻蝕，實現在光刻膠掩模小的石墨烯薄膜的圖形化，實現石墨烯先進微電阻的制作； (6)通過濺射或者電子束蒸發等工藝，實現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，實現光刻膠的圖形化； (8)通過干法刻蝕或者濕法腐蝕，實現金屬引線/電極的圖形化制作； (9)將制作好的圓片進行劃片和測試電阻信號預檢測，即完成了如權利要求2、3所述的血栓檢測芯片制作。
7.如權利要求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石墨烯材料特有的電阻相變響應特性，通過先進微納加工工藝實現石墨烯微電阻和金屬引線互聯的制作，實現本先進血栓檢測芯片的高性能、高集成、低成本的圓片級制作。
【文檔編號】G01N27/12GK104132969SQ201410362663
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】劉玉菲 申請人:劉玉菲