[發明專利]一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置

有效

• 申請號: 201710035117.7
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106841325B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王海容;陳曉偉;張成;李長青;田汨龍;吳昌龍;段濱
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;上海礽芯生物科技有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，包括：呼出氣體收集模塊、信號發生模塊、信號處理模塊和模式識別模塊；呼出氣體通過預熱處理和溫濕度檢測后，進行定量收集；呼出氣體與對氣體具有選擇性的半導體氣敏傳感器陣列的氣體敏感薄膜發生反應，致使阻值變化對應電壓信號變化；信號處理模塊將電壓信號進行放大、濾波等處理后進行模數轉換；模式識別模塊使用模式識別方法對所采集的數據進行訓練和識別。該裝置能實現呼出氣體的多種敏感氣體同步分析，具有體積小、功耗低、準確性高、實時檢測等優點,適用于醫療輔助診斷和健康情況監測。

技術領域

本發明涉及一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置。

背景技術

呼出氣體的檢測和分析，作為一種新型的輔助診斷手段，在臨床診斷和健康監測領域具有廣闊的應用前景。人體內源性代謝的部分產物在肺泡通過氣體交換出現在呼出氣體中。各種內源性代謝產物組合，作為生物標志物，反應人體的健康狀況，從而有助于疾病的早期篩查。近年來，在肺癌、COPD、哮喘、胃癌、腸癌、乳腺癌、頭頸癌、幽門螺旋桿菌感染、老年癡呆、帕金森綜合征等疾病中利用呼出氣體檢測來尋找特異性標志物的研究越來越多，呼出氣體檢測在肺癌早期診斷與相應肺癌分型中的應用已得到廣泛的關注。在能量代謝的過程中以及氧化應激反應產生的內源性VOCs是疾病診斷檢測的目標。現主要用于呼出氣體檢測的方法有：GC-MS、SIFT-MS、FAIMS、傳統氣敏傳感器等，使用GC-MS、SIFT-MS和FAIMS檢測方法，其裝置體型大、成本高、結構復雜、分析時間長，難以實現實時監測和在線檢測。

而傳統氣敏傳感器多采用厚膜氣體敏感材料，功耗大，靈敏度低，檢測精度低，批量生產效率慢；單個傳感器在使用時存在嚴重的“交叉敏感性”問題，出現氣體選擇性差、抗干擾能力弱、檢測精度受限等弊端，僅能用于模糊識別，無法在復雜氣體環境下完成多種敏感氣體檢測；運用傳感器陣列輔助診斷肺癌或糖尿病的呼出氣體檢測方法，只局限于單一氣體檢測，不具備健康監測普適性。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，實現非侵入性、無損傷、取樣方便、低檢測限、高精度、多氣體同步和實時檢測的呼出氣體檢測方法。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，包括呼出氣體收集模塊、信號發生模塊、信號處理模塊和模式識別模塊；

所述呼出氣體收集模塊，采用氣體交換裝置將呼出氣體收集在氣室中，將氣體預熱至合適溫度，對氣體濕度進行檢測，已收集的呼出氣體送至所述信號發生模塊，氣體濕度檢測信號傳遞給所述模式識別模塊；

所述信號發生模塊，具有對氣體選擇性的半導體氣敏傳感器陣列，所述氣室送來的呼出氣體中的敏感氣體與所述半導體氣敏傳感器陣列的氣體敏感薄膜發生反應，將所檢測敏感氣體的濃度信息對應的半導體阻值變化轉換為電壓信號，將電壓信號傳遞給所述信號處理模塊；

所述信號處理模塊，對所述電壓信號進行放大、濾波處理后，經模數轉換為數據信號傳遞給所述模式識別模塊；

所述模式識別模塊，使用模式識別方法對所采集數據中的氣敏特性信息進行提取，將氣敏特性信息進行訓練和識別；最終識別出所述敏感氣體的種類和濃度。

作為優選，所述半導體氣敏傳感器陣列包括呈分布的半導體氣敏傳感器，以及設置在半導體氣敏傳感器之間的分壓電阻，分壓電阻進行電壓信號輸出，輸出的電壓信號傳遞到信號處理模塊；在所述半導體氣敏傳感器周邊設有接線盤。

進一步，所述半導體氣敏傳感器包括硅基底以及設置在硅基底上的電極、加熱元件和測溫元件，電極、加熱元件和測溫元件上分別引出有與所述接線盤相連的引線盤；所述電極和加熱元件分別通過呈螺旋線狀的電極線和加熱絲引出至引線盤。