凝血酶原時間壓電傳感器頻率動態(tài)響應規(guī)律的研究及壓電凝血傳感器檢測系統(tǒng)的研制.pdf

1、生物分析是生命科學中一個重要的領域。近年來，壓電傳感器檢測技術逐漸成為生物分析中的研究熱點，其基本原理是利用石英晶體振蕩特性對石英晶體表面質量負載(質量效應)和反應體系物理性狀如密度、粘度、電導率(非質量效應)等的改變具有高度敏感的特性，通過對石英晶體進行適當?shù)纳飳W處理和結構設計，構建出具有具有ng級檢測能力的生物傳感器。目前，壓電傳感器在分子識別、臨床診斷、分子成膜過程、表面性質、毒理研究等領域中己得到較為廣泛的應用。 凝血

2、與纖溶系統(tǒng)是血液系統(tǒng)的一個重要組成部分，主要功能是維持生理性止血和生理性抗凝的功能。凝血系統(tǒng)異常常與多種疾病相關，且通常具有嚴重的后果，如中風、血友病等等。臨床實踐中，在采取某些醫(yī)療措施之前，也必須充分了解該病人的凝血功能情況。因此，凝血系統(tǒng)功能的檢查對醫(yī)療者和醫(yī)療對象都十分重要。壓電傳感器具有靈敏度高、可實時檢測、體積小、成本低廉等特點，因此，研究將壓電傳感器應用于凝血時間檢測將具有潛在的廣闊的應用前景。 在前期研究中，我們已

3、經構建出了壓電凝血檢測儀的核心平臺和分析軟件，并證明了利用壓電傳感器檢測凝血功能具有可行性。但是，該研究平臺需要進一步改進和完善以提高其穩(wěn)定性和實用性，在分析壓電凝血試驗數(shù)據(jù)的方法上也需要建立統(tǒng)一的標準，才能保證實驗的重復性和準確性能滿足研究和實際應用的需要。 目的： 改進壓電凝血傳感器檢測池及檢測儀；開發(fā)更加實用、使用方便并具有強大數(shù)據(jù)處理功能的專用軟件；在此基礎上研究凝血反應壓電傳感器頻率動態(tài)響應規(guī)律，建立有效的PT

4、實驗結果處理模型并探索壓電傳感器檢測臨床標本的可行性。 方法： 1.選用基頻為10MHz的AT切型銀膜電極石英晶體傳感器構建螺旋式檢測池，使不同檢測池具有同質性。在傳感器上下各墊加-O形硅膠密封圈，并置于金屬基座上。在此基礎上采用金屬螺母螺旋加壓的方式使檢測池密封并保證傳感器單面觸液，并增強檢測池屏蔽電磁干擾的能力。 2.改進檢測儀相關硬軟件：棄用原始的頻率計數(shù)卡，直接在振蕩電路中內建電路計數(shù)單元，提高計數(shù)精確度

5、；改進檢測位控溫裝置，提高溫控精度并降低機械振動和屏蔽電磁干擾；在硬件改進的基礎上，采用VisualC++語言設計全新的專用檢測軟件，增加可以滿足實際檢測要求的并具有強大數(shù)據(jù)處理能力的功能模塊以完善軟件功能。 3.以凝血酶原時間(PT)檢測為例，理論分析反應體系的粘度密度變化規(guī)律，推導出反應過程中壓電傳感器頻率動態(tài)變化的響應模型，并在此基礎上建立PT凝血反應結果計算方法，及驗證該方法的正確性和有效性。 4.同時利用現(xiàn)有的

6、全自動凝血分析儀和本研究構建的壓電傳感器凝血檢測系統(tǒng)及建立的凝血酶原時間壓電傳感器頻率動態(tài)響應規(guī)律的數(shù)學模型檢測部分臨床標本的凝血酶原時間，進行方法學比較，并分析本研究構建的壓電凝血檢測方法的重復性及檢測臨床標本的可行性。 結果： 1.成功構建出可用于實際檢測的螺旋式檢測池。該檢測池在空氣中頻率穩(wěn)定性可以達到±0.1ppm/min，在液相中頻率穩(wěn)定可達到±0.3ppm/min。全金屬外殼，保證了該檢測池具有良好的抗電磁干

7、擾能力。 2.成功設計并將頻率計數(shù)電路單元內建于原有的振蕩電路。該頻率計數(shù)電路單元采用基頻為20MHz的真空高性能傳感器作為基準計時時鐘，使得頻率計數(shù)精度提高到0.1ppm/s，且計數(shù)精度不受所測頻率變化的影響；采用了絕熱對流恒溫控溫方式，有效降低了溫控過程中儀器的機械振動，并將溫控精度提高到±0.1℃；編寫出PESA-4.0軟件，該軟件繼承了原有軟件實時動態(tài)檢測的特點，并增加了圖像編輯、保存、打印、曲線擬合、定標、凝血時間換算

8、、病人信息關聯(lián)、結果報告、歷史結果查閱等功能，可以滿足實際檢測的需要。 3.根據(jù)凝血反應級聯(lián)放大原理，結合Sauerbrey方程、流體力學及剪切波傳播原理，理論推導出凝血酶原時間反應過程中，壓電傳感器頻率的動態(tài)響應規(guī)律符合反S數(shù)學模型：F=f0-△f×[1/1+e(tm-t)/dt]1/2，其中，t代表時間自變量，F(xiàn)代表壓電傳感器頻率因變量，f0、⊿f、tm和dt為模型參數(shù)，分別代表反應開始前傳感器頻率、頻率變化值、最大反應速度

9、時間點、反應速度決定因子。實驗表明，⊿f、tm和dt均與凝血反應體系中凝血因子的數(shù)量和質量相關，其中，⊿f與凝血因子的質和量呈現(xiàn)正相關，而tm、dt則與凝血因子的質和量呈負相關，在此基礎上構建出凝血時間與三個參數(shù)的多元回歸方程，并將其作為PT凝血時間的計算方法。該方法被命名為壓電凝血反S曲線擬合模型(Inverse-SFittingmodelofpiezoelectriccoagulation，ISF)，并申請了國家發(fā)明專利(專利申請?zhí)?/p>

10、：200610057904.3)。 4.利用本研究試制的壓電凝血檢測儀和ISF模型檢測了20例臨床病例，結果與STAGO全自動凝血儀相關性達到0.995，且Bland&Altmann分析顯示兩種方法的檢測結果在臨床上均可接受，提示本研究構建的PT實驗壓電法可以用于臨床實驗室診斷。 5.利用本研究構建的壓電凝血檢測儀和ISF模型重復檢測了20次高值和低值質控血漿，與全自動凝血儀STAGO相比，壓電法的重復性明顯差于STAG

11、O(p值分別為0.000、0.003)。但是從變異系數(shù)上分析，壓電法檢測高值和低值質控血漿的變異系數(shù)分別僅為4.3％和4.1％，完全可以滿足臨床檢測精度的要求，可以試行臨床檢測。 結論： 1.螺旋式檢測池具有良好的電磁屏蔽效果，良好的氣相和液相諧振能力，可以應用于實際應用研究。 2.自行設計的硬件計數(shù)電路能提高計數(shù)準確性，溫控裝置可以有效提高溫控精度，整個檢測儀硬件可以應用于實際應用和研究。 3.自行設計

12、編寫的PESA-4.0軟件，可以實時顯示凝血過程，增加了多個滿足實際檢測要求的功能模塊，并具有強大的數(shù)據(jù)處理和結果報告功能。 4.自行構建的壓電凝血反S曲線擬合模型符合凝血酶原時間壓電傳感器頻率動態(tài)響應的規(guī)律，模型中的三個參數(shù)分別反映了凝血反應壓電傳感器頻率曲線的相應特征，可以有效判別不同血漿的PT時間差異，該模型可以準確地計算PT實驗結果。 5.臨床血漿標本的PT檢測顯示，本研究構建的壓電法可以初步應用于臨床血漿標本的