[發明專利]一種銨離子濃度檢測系統、方法及應用

有效

• 申請號: 201610118127.2
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105651826B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 李建中;劉自軍
• 申請（專利權）人: 李建中
• 主分類號: G01N27/06
• 分類號: G01N27/06;G01N27/26;G01N27/30;A61M1/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明屬于傳感及離子濃度檢測技術領域，具體涉及一種銨離子濃度檢測系統，還涉及利用該系統進行銨離子濃度檢測的方法，以及該檢測系統在透析領域中的應用。

背景技術

透析是已經喪失大部分或全部腎功能患者的腎臟替代療法，主要利用腹膜或透析器將體內血液中的毒素擴散到外部透析液中，并排出過量體液，維護體內電解質平衡。傳統的透析機體積龐大,能耗高，透析液一次性的與血液交換，因而透析過程中需要連續的清潔水源，一次治療需要耗水60～200L左右，治療的便利性差。利用吸附劑對透析液再生，循環使用，不需要外加水源，可以極大地減小透析機的尺寸，有利于透析機向便攜式或可穿戴式方向發展。

在透析過程中，透析液從血液中交換出大量的有毒物質，包括尿素、肌酐、尿酸及有害的蛋白分子。透析液的再生過程，就是利用吸附劑移除這些有毒物質并調節各種離子濃度的過程。吸附劑主要由脲酶、磷酸鋯、氧化鋯離子交換樹脂及活性炭組成。活性炭可以吸附大多數的有害物質，而尿素需要先通過脲酶分解為碳酸氨，再通過磷酸鋯陽離子交換樹脂進行清除，有害的陰離子則可以通過氧化鋯進行清除。當透析液流過磷酸鋯離子交換樹脂時，透析液含有的各種陽離子都會被磷酸鋯吸附，交換出鈉和氫離子，再生的透析液中主要含有Na⁺和H⁺兩種陽離子，這為隨后調配透析液的離子濃度到生理范圍提供了基礎。磷酸鋯吸附柱具有優異的離子交換能力和較大的交換容量，但是一旦離子交換容量被突破后或者離子交換柱工作不正常時，NH₄⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺就會從吸附柱中流出，引起血液中各種陽離子離子濃度超過正常的生理范圍，危害病人的健康，引發重大的醫療風險。因而透析液再生系統中需要安裝離子傳感器，實時監測透析液中的離子濃度。由于銨離子在人體的允許濃度小于70uM,遠低于K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺離子的生理濃度，因而在透析液再生系統中，通常通過監測再生透析液中的銨離子濃度，檢驗吸附柱是否正常工作或耗盡。

基于透析液再循環技術，已有多家公司公開了可應用于便攜式或穿戴式透析的方案，比如美敦力公司(WO2013019994)，貝克斯特公司(WO2013109922)，弗雷塞尼斯(CN200980143456)，雷納爾公司(US0144660)，淡馬錫公司(WO2009157877)等。在這些公開的方案中，在線監測透析液中銨離子濃度是必不可少的部分。然而，在這些方案中，缺乏明確的銨離子傳感器實施方式。

在早期的透析液再生系統中，銨離子濃度通過手動的方式，利用試紙進行監測，基于試紙顏色的變化，對照標準色圖后確定銨離子濃度。該方法不僅操作復雜，還需要在開放的體系中進行，難以避免環境中的微生物造成污染。同時，人眼對顏色微小的變化并不敏感，難以給出正確的判斷。后來，美國專利US2003/0113931公開了將顯色指示劑涂在憎水膜上，安置在透析液管路中，基于銨離子濃度變化進行顯色，采用光學檢測器根據顏色的變化采集信號，處理后得到銨離子濃度。該方法中采用的顯色指示劑有可能進入透析液中造成污染。監測信號受透析液中的pH值影響較大，需要調節pH值，且光學信號監測和處理系統復雜。利用氣液分離膜，將氨氣從透析液中分出來，再與顯色劑反應，通過收集光學信號的強度，監測銨離子濃度的變化是研究比較多的方案，如US2007/0161113，WO2007/082565和WO2013070172。然而，透析液中含有大量的有機化合物(氨基酸、多肽、蛋白質、糖等)，極大的限制了氣液分離膜的使用壽命；同時在生理條件下，透析液中氨氣含量大約是氨/銨總含量的1％，因而僅有極微量地氨氣能透過氣液分離膜進入檢測器中，對檢測靈敏度和最低檢測限要求非常高。為了達到最低檢測限，透析液中必需含有足夠高的銨離子，通常超過生理允許的濃度范圍。該類銨離子的檢測裝置系統復雜，數據處理和信號檢測的電子部分相當龐大，為了提高靈敏度有時還需加裝載氣裝置，不便于應用在攜式或穿戴式透析器上。

通過電導率或pH值變化檢測離子濃度是一種成熟的方法，儀器結構簡單，體積小，易于操作。然而，透析液中含有大量的電解質，對銨離子檢測存在強的干擾，很難直接檢測銨離子濃度。美敦力公司(WO2013019994)公開了通過檢測吸附柱前后電導率的變化，推測吸附柱清除尿素的量和吸附柱離子交換能力是否耗盡的方案，然而該方案并不能指示銨離子流出的濃度是否超過最大限度，也不能準確判定吸附柱是否工作正常，不能作為銨離子檢測裝置。