基于智能手机环境光传感器的微型多通道生化分析装置的研制和临床初步应用

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背景随着微电子技术、计算机技术、现代通信技术、信息处理技术及生物技术的融合和发展,医学诊断技术正在经历一场变革,即时诊断(point-of-care testing,POCT)作为近年来快速发展的医学诊断技术正受到广泛关注。随着POCT技术的发展,人们对于操作简单、检测迅速、小巧便携的POCT设备的需求量日益增加。智能手机因拥有庞大的用户数量,强大的内存系统、应用程序和传输功能,开始运用于医学诊断技术领域。基于智能手机的摄像头、信号接入口、信号处理器等研发的生物传感技术[1],可运用于各类信号接收,可以简化诊断设备,实现随时随地检测。智能手机本身具有强大的网络传输和数学处理能力,接收到的信号经手机处理器分析后可得到浓度、数量、强度等各项数据。基于智能手机的生物传感器具有检测速度快、灵敏度高、数字化智能化等特点,国内外学者研发了各种移动医疗诊断/监测设备和移动医疗应用程序,可实现基层卫生单位、社区医疗机构或家庭中慢性疾病动态评估监测,其中环境光传感器能直接对溶液透光度进行检测,使POCT技术得到了进一步跨越式的发展。目的基于智能手机的环境光传感器研制床边微型多通道生化分析装置,并应用于临床尿液生化指标检测。方法1、基于智能手机环境光传感器设计研制床边微型多通道生化分析装置;2、使用微型多通道生化分析装置对尿液肾功能监测指标肌酐、尿酸、微量白蛋白进行检测,验证其在实验室诊断中应用的可行性,与传统酶标仪、全自动生化分析仪检测结果进行比较,论证新方法的可行性和稳定性,并对检测条件不断进行优化。结果1、成功设计制作了床边微型多通道生化分析装置,该装置由智能手机、检测装置两个部分组成,将样品添加到检测装置中,利用智能手机的环境光传感系统接收透射光强度,并在智能手机上直接读取数据,同时用设计好的分析软件对数据进行转化分析并计算浓度。2、基于自制的智能手机微型多通道生化分析装置用于尿肌酐的检测,我们对于线性范围、批内、批间精密度等进行了验证评价,与传统酶标仪、生化分析仪进行了比较。从智能手机获得的信号强度与待测物的浓度呈反比,即光强度越大,吸光度越小,浓度越小。本装置测得尿肌酐的批内精密度CV值分别为2.79%(高浓度)、2.88%(低浓度),批间精密度分别为2.28%(高浓度)、3.81%(低浓度),均小于卫生部对于肌酐项目精密度的标准,线性范围在980-12000 μmol/L良好(R2为0.9875)。将自制生化分析装置与酶标仪、全自动生化分析仪的结果进行比较,具有较好的相关性(R2分别为0.8989和0.9406)。3、基于自制的智能手机微型多通道生化分析装置用于尿酸的检测,本装置测得尿酸的批内精密度CV值分别为2.52%(高浓度)、3%(低浓度),批间精密度分别为2.23%(高浓度)、3.31%(低浓度),均小于卫生部对于尿酸项目精密度的标准,线性范围在600-6000 μ mol/L良好(R2为0.9987)。将自制生化分析装置与酶标仪、全自动生化分析仪的结果进行对比,具有良好的相关性(R2分别为 0.9396 和 0.9003)。4、基于自制的智能手机微型多通道生化分析装置用于尿液微量白蛋白的检测,检测线性范围在1.57-200mg/L良好(R2为0.9965),将565份临床尿液标本分别采用自制装置与全自动生化分析仪进行检测,两种方法的相关性良好(R2=0.9922),留取113名糖尿病肾病患者与75名高血压肾病患者剩余尿液样本,分别采用自制分析装置与全自动生化分析仪2种方法进行检测,检出率相当。结论研制的基于智能手机光学检测的微型多通道生化分析装置用于人尿液标本中的肌酐、尿酸、微量白蛋白定量检测,操作简单、便携经济,检测准确度、检测线性范围等性能达到临床应用要求,制作成本低,对于小批量样本能实现快速定量检测,特别适合社区、家庭及医疗条件落后的地区使用,通过进一步探索,将在临床诊断、环境监测、食品安全等多领域有较好的应用前景。
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