[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體式一氧化碳傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010066816.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111157590B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧勇輝;周欣然;馬俊豪
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N1/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于氣體傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種半導(dǎo)體式一氧化碳傳感器。本發(fā)明一氧化碳傳感器包含依次相連的氣體樣品采集模塊、氣體流通模塊、半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊包括氣腔、半導(dǎo)體敏感材料和元件加熱裝置；半導(dǎo)體敏感材料和元件加熱裝置均置于所述氣腔內(nèi)。其中，以新型半導(dǎo)體敏感材料為核心的半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊對一氧化碳氣體有高響應(yīng)、高選擇性，并通過采用數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)一氧化碳的定量檢測，對于人體呼出一氧化碳氣體用于臨床診斷有著極大的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體式一氧化碳傳感器。

背景技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，人體呼出氣體中的一氧化碳（carbon monoxide，CO）主要來源于內(nèi)源性產(chǎn)生和外源性吸入。前者來源于血紅素降解（占86%以上）和非血紅素代謝（不超過14%）。而來源于血紅素降解的CO 中，85%又來自紅細胞降解，15%來自非紅細胞Hb。因此，呼出氣體的內(nèi)源性CO 中，約70%來自于紅細胞降解。當Hb 分解為膽紅素時，Hb 中的α-亞甲基碳生成CO，即1 個Hb 產(chǎn)生1個CO 分子。因此，在排除外源性CO 干擾的前提下，可由呼氣末CO（end-tidal CO，ETCO)推算出紅細胞的代謝速度和紅細胞壽命。

紅細胞壽命(red blood cell life span，RBCS)是指紅細胞自骨髓釋放至外周血中的存活時間。生理狀態(tài)下，紅細胞的生成和破壞呈動態(tài)平衡，健康成年人RBCS平均115(70-140)d。病理狀態(tài)下，無論何種機制介導(dǎo)的紅細胞破壞增多(即溶血)，均可導(dǎo)致RBCS縮短，紅細胞破壞超過骨髓代償增生時，即導(dǎo)致貧血。RBCS是反映紅細胞被破壞最早、最直接的指標，因此RBCS檢測對溶血的臨床診斷和貧血鑒別診斷具有重要價值。

現(xiàn)有的內(nèi)源性CO呼氣試驗檢測紅細胞壽命的設(shè)備，采用的是紅外光譜法，通過吹氣氣袋收集呼氣，再導(dǎo)入到紅外測試設(shè)備測量出CO氣體的濃度。測試時間長，操作復(fù)雜，測試成本高。

相較于以上所述的ETCO氣體的測量方法，以半導(dǎo)體敏感材料為核心的半導(dǎo)體式氣體傳感器具有靈敏度高、成本低、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。然而受半導(dǎo)體敏感材料對一氧化碳氣體靈敏度較低的限制，目前尚無可靠的半導(dǎo)體式ETCO傳感器的報道。

因此，設(shè)計合成一種對一氧化碳氣體具有高響應(yīng)的半導(dǎo)體敏感材料、并通過恰當?shù)碾娐贰C械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)ETCO的定量檢測，對于ETCO臨床診斷有著極大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種低成本、操作簡便的能夠?qū)崿F(xiàn)ETCO的定量檢測的半導(dǎo)體式一氧化碳傳感器。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體式一氧化碳傳感器，包含氣體樣品采集模塊、氣體流通模塊、半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；其中，所述氣體樣品采集模塊與氣體流通模塊相連，氣體流通模塊與半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊相連，數(shù)據(jù)處理模塊與半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊有電連接；所述半導(dǎo)體敏感材料檢測模塊包括氣腔、半導(dǎo)體敏感材料和元件加熱裝置；所述半導(dǎo)體敏感材料和元件加熱裝置相連，所述半導(dǎo)體敏感材料和元件加熱裝置均置于所述氣腔內(nèi)。傳統(tǒng)光學(xué)ETCO傳感裝置往往需要高成本、大體積的光路設(shè)計及光檢測器，而傳統(tǒng)電化學(xué)檢測法通常需要復(fù)雜的樣品預(yù)處理過程和高成本的設(shè)備。本發(fā)明使用半導(dǎo)體敏感材料進行傳感，材料對ETCO有特異選擇性，并直接輸出電信號，無需繁瑣的樣品預(yù)處理和復(fù)雜的儀器結(jié)構(gòu)，具有操作簡便、成本低廉的優(yōu)點，從而可以大幅提高本發(fā)明的普及率和診斷速度。

作為優(yōu)選，所述氣體樣品采集模塊包括依次連接的吹嘴、過濾裝置和除濕裝置；所述吹嘴用于收集呼出的氣體樣品；所述過濾裝置用于脫除呼出的氣體樣品中的固體和/或液體雜質(zhì)；所述除濕裝置用于脫除氣體樣品中的水蒸氣，并將處理后的氣體樣品送入氣體流通模塊。