CN109085090B - 检测尿液尿比重的方法、测量仪器与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测尿液尿比重的方法，包括：测量仪器向电化学传感器施加电压；获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；根据所述响应电流值，计算尿液尿比重。本申请还提供了一种检测尿液尿比重的测量仪器，本申请还提供了一种检测尿液尿比重的系统。本申请利用电化学方法测试尿比重，精度较高且所需设备、操作简单。

Description

检测尿液尿比重的方法、测量仪器与系统

技术领域

本发明涉及尿液检测技术领域，尤其涉及检测尿液尿比重的方法、测量系统与系统。

背景技术

尿常规是疾病检测的一个基本常规的项目。尿常规中的尿比重与尿糖可以更加直观的实现疾病的筛查与诊断。

尿比重自身反映的是单位体积尿液中溶质的含量，是在4℃与同体积水的重量之比。尿液中溶质主要有尿素等代谢小分子和钾、钠、氯等离子等，尿液中代谢物及其他成分浓度越高，尿比重越大。正常成人尿比重多在1.015～1.025。尿比重反映肾的浓缩功能，尿比重过高常见于蛋白尿、糖尿以及急性肾炎等；尿比重过低说明肾浓缩功能受损，可能见于慢性肾小球肾炎与尿毒症多尿期等。

尿比重的临床测试方法有试纸法、折射率法、重量法。医院使用全自动尿液分析仪测试尿比重即试纸法，是目前最常用的方法，操作简单但精度不高(±0.005)，折射率法属于光学方法，在县区医院中比较常见，重量法虽然精度高，但操作复杂，在实验室和科研机构比较常用。

由于尿液中影响尿比重主要的物质是尿素等小分子和钠、钾等离子，因此考虑使用电化学电极测试电流反映尿比重具有一定可行性。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供了一种检测尿液尿比重的方法，本申请提供的方法用于检测尿液尿比重准确性较高。

有鉴于此，本申请提供了一种检测尿液尿比重的方法，包括：

测量仪器向电化学传感器施加电压；

获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

根据所述响应电流值，计算尿液尿比重。

优选的，所述根据所述响应电流值，计算尿液尿比重的步骤包括：

根据如下关系式计算尿液尿比重：

Y＝A*|X|+B；

其中，|X|表示响应电流值的绝对数值；

Y为尿液尿比重值；

参数A和B的取值与电化学传感器中试剂层对应的试剂组成相关。

优选的，所述试剂包括：

余量为pH缓冲液与水，pH缓冲液与水的质量比为1:1。

优选的，所述试剂具体组成为：6.45wt％的铁氰化钾，1.8wt％的海藻糖，0.9wt％的亲水二氧化硅，0.45％的吐温-20，45.2wt％的磷酸缓冲溶液，45.2wt％的水时，Y＝0.00148*X+0.99922；

或者，

所述试剂具体组成为：4wt％的铁氰化钾，3wt％的海藻糖，1.5wt％的亲水二氧化硅，0.3％的吐温-20，45.6wt％的磷酸缓冲溶液，45.6wt％的水时，Y＝0.00183*X+1.00162。

优选的，所述施加电压的电压值为+0.3V～+0.5V。

优选的，获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值的步骤具体为：

经过预定时间后，获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值。

优选的，所述预定时间为10s～30s。

优选的，测量仪器向电化学传感器施加电压的步骤包括：

响应外部的触发命令，测量仪器向电化学传感器施加电压；

或者，

当检测到电化学传感器时，测量仪器向电化学传感器施加电压。

本申请还提供了一种检测尿液尿比重的测量仪器，包括：电压输出模块、响应电流测量模块、计算模块与结果输出模块；

所述电压输出模块用于向电化学传感器施加电压；

所述响应电流接收模块用于获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

所述计算模块用于根据响应电流值与尿液尿比重的关系，计算尿液尿比重；

所述结果输出模块用于尿液尿比重的结果输出。

优选的，所述计算模块进一步用于根据如下关系式计算尿液尿比重：

Y＝A*|X|+B；

其中，|X|表示响应电流值的绝对数值；

Y为尿液尿比重值；

参数A和B的取值与电化学传感器中试剂层对应的试剂组成相关。

优选的，所述电压输出模块进一步用于响应外部的触发命令，向电化学传感器施加电压；或者，所述电压输出模块进一步用于在检测到电化学传感器时，向电化学传感器施加电压。

本申请还提供了一种检测尿液尿比重的测量仪器，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方案所述的方法。

本申请还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述方案所述的方法。

本申请还提供了一种检测尿液尿比重的系统，包括电化学传感器与上述方案所述的测量仪器。

本申请提供了一种检测尿液尿比重的方法，首先向电化学传感器施加电压，所述电化学传感器与尿液进行作用，然后获得电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流，最后根据响应电流，计算尿液尿比重。本申请提供的检测方法完整实现了尿液的采集、反应与结果输出，精度较高且所需设备、操作简单。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的电化学传感器的拆分结构示意图；

图2为本发明电化学传感器的结构示意图；

图3为本发明另一具体实施例的电化学传感器的拆分结构示意图；

图4为实施例2采用的尿液尿比重与电化学传感器测试电流拟合线形图；

图5为实施例3采用的尿液尿比重与电化学传感器测试电流拟合线形图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本申请发明人通过实验发现：由于尿液中影响尿比重主要的物质是尿素等小分子和钠、钾等离子，因此电化学传感器可以用来测量尿比重。

针对现有技术检测尿液尿比重的方法的准确性低的问题，本发明提供了一种检测尿液尿比重的方法，利用该方法，可实现尿液尿比重的检测，且准确性较高。具体的，本发明实施例公开了一种检测尿液尿比重的方法，包括：

向电化学传感器施加电压；

获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

根据所述响应电流值，计算尿液尿比重。

在上述检测尿液尿比重的过程中，首先测量仪器向电化学传感器施加电压，按照本发明，上述步骤具体包括：响应外部的触发命令，测量仪器向电化学传感器施加电压；或，当检测到电化学传感器时，测量仪器向电化学传感器施加电压。

具体的，利用测量仪器检测到电化学传感器，即将电化学传感器与测量仪器相连接，尿液滴至电化学传感器，利用电化学传感器测试尿液的尿比重。待测量仪器检测到电化学传感器时，则向电化学传感器施加电压，所述电化学传感器与尿液进行作用，传感器与尿液中的物质发生反应、吸附等。在某些具体实施例中，测量仪器向电化学传感器施加的电压值为+0.3V～+0.5V。

然后测量仪器获得电化学传感器与尿液作用后产生的响应电流，最后根据测量仪器内部设置的计算模块，得到尿液尿比重。在某些具体实施例中，测量仪器并非直接立刻获得响应电流，需要经过预定时间10s～30s，即电化学传感器与尿液作用后才能获得响应电流值。本申请中所述测量仪器内部设置的计算模块中响应电流与尿液尿比重的关系式为：

Y＝A*|X|+B；

其中，|X|表示响应电流值的绝对数值；

Y为尿液尿比重值；

参数A和B的取值与电化学传感器中试剂层的试剂组成相关。

上述关系式中的A和B的取值与电化学传感器试剂层中的试剂相关，即所述电化学传感器试剂层中的试剂组成确定了，A和B的值也就相应的确定了。在一个具体实施例中，本申请所述试剂包括：

余量为pH缓冲液与水，pH缓冲液与水的质量比为1:1。

在上述试剂中，所述电子媒介体为铁氰化物、亚铁氰化物、二茂铁或其衍生物，在具体实施例中，所述电子媒介体为铁氰化物；所述电子媒介体的含量为2～10wt％，在具体实施例中，所述电子媒介体的含量为4～7wt％；其直接影响反应过程电子传输、检测范围、响应灵敏度和电流大小。

所述稳定剂为海藻糖和壳聚糖中的一种或两种，在具体实施例中，所述稳定剂为海藻糖，其含量为1～5wt％；在具体实施例中，所述稳定剂的含量为1.5～3.5wt％。

所述抗凝结剂选自亲水二氧化硅和黄原胶中的一种或两种，在具体实施例中，所述抗凝结剂为亲水二氧化硅，其含量为0.5～2wt％；在具体实施例中，所述抗凝结剂的含量为0.8～1.8wt％。所述抗凝结剂用于防止试剂层的结块。

所述表面活性剂选自吐温-20、吐温-80和曲拉通-100中的一种或多种，在具体实施例中，所述表面活性剂为吐温-20，其含量为0.1～0.5wt％。所述表面活性剂使试剂水溶液与疏水电极能很好地接触。

所述pH缓冲液选自磷酸盐缓冲液、MES缓冲液和柠檬酸缓冲液中的一种或多种，在具体实施例中，所述pH缓冲液为磷酸盐缓冲液；所述pH缓冲液用于缓冲试剂pH变化。在检测尿液尿比重的试剂中，余量为pH缓冲液与水，且所述pH缓冲液与水的质量比为1:1。

在一个具体实施例中，试剂层对应的试剂以重量百分比计，其中铁氰化钾6.45％，海藻糖1.8％，亲水二氧化硅0.9％，吐温-20 0.45％，磷酸缓冲溶液45.2％，水45.2％，由此得到的关系式为：Y＝0.00148*X+0.99922；

在一个具体实施例中，试剂层对应的试剂以重量百分比计，其中铁氰化钾4％，海藻糖3％，亲水二氧化硅1.5％，吐温-20 0.3％，磷酸缓冲溶液45.6％，水45.6％，由此得到的关系式为：Y＝0.00183*X+1.00162。

本领域技术人员明白，上述仅为具体示例，如果在各组分范围内相应调整其重量百分比，系数A和B也会相应改变。另外如果传感器结构或形状有所变动的话，也会导致系数A和B发生改变。

利用上述关系式，在得到响应电流之后，测试系统根据响应电流可直接计算得到尿液尿比重。

在实际检测尿液尿比重的过程中，一种可选方案是将传感器放入测量仪器后进行加样，即将尿液滴至或加入至含有试剂层的传感器中，以及测量仪器向传感器施加一电压例如+0.3V～+0.5V电压，经过一预定时间后测量响应电流大小，例如测量10s～30s内任意时刻的响应电流，根据测量仪器内部的芯片或计算单元，根据响应电流直接计算出尿比重值。

或者，将尿液滴至含有试剂层的传感器中后，将传感器放入测量仪器，由测量仪器向传感器施加一电压，经过一预定时间后测得响应电流；上述预定时间的起算点可以是测量仪器开始测到响应电流的时刻，即测量仪器测到响应电流的起始时刻。具体实施时起算点也可以是其他方便记录的时刻如施加电压的时刻，或加样完成的时刻。

需要指出的是，本领域技术人员有时也会将电化学传感器称为电化学试纸条。

在上述检测尿液尿比重的方法基础上，本申请还提供了一种检测尿液尿比重的测量仪器，包括：电压输出模块、响应电流接收模块、计算模块与结果输出模块；

所述电压输出模块用于向电化学传感器施加电压；

所述响应电流接收模块用于获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

所述计算模块用于根据响应电流值与尿液尿比重的关系，计算尿液尿比重；

所述结果输出模块用于尿液尿比重的结果输出。

上述电压输出模块、响应电流接收模块、计算模块与结果输出模块为本领域技术人员熟知的具体模块形式，对此本申请没有特别的限制；但其中计算模块是根据本申请特定的需求设计的计算程序，即需要将尿液尿比重与通过测量仪器输出的电极电流进行拟合才可直接通过测得的电极电流得到尿比重。

上述计算过程仅限于测量仪器内部设置；在实际应用时，尿液滴至电化学传感器，测量仪器施加电压后自测量仪器结果输出模块例如显示屏可直接得到尿比重值。

本申请还提供了一种测量仪器，其包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述检测尿液尿比重的方法。

本申请还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述检测尿液尿比重的方法。

本发明提供了一种检测尿液尿比重的系统，包括电化学传感器和测量仪器，测量仪器可以是上述实施例给出的实现方式中任意一种。其中电化学传感器在加样后与尿液作用，在测量仪器提供电压后形成电路的通路，测量仪器通过测量响应电流值，计算尿液尿比重，并输出。

具体的，所述电化学传感器的结构示意图如图1或图2所示，图中1为基底、2为工作电极、3为对电极、4为触发电极、5为绝缘膜、6为试剂层、7为亲水膜、8为粘合层、9为导样槽、10为出气口，具体的；

基底上设置有多个电极；

至少一个电极表面设置有绝缘膜，所述绝缘膜开设有开口，试剂层设置于所述开口中；

在沿着远离所述基底方向上所述绝缘膜表面依次设置有粘合层与亲水膜；

所述粘合层开设有导样槽，所述亲水膜开设有出气口，所述导样槽的部分或全部正对所述试剂层，所述出气口正对所述导样槽。

所述电极的形状本申请不进行特别的限制，按照本领域技术人员熟知的形状即可。在一个具体实施例中，所述电极包括触发电极、工作电极与对电极，所述工作电极为L型，所述对电极为L型；所述工作电极的L端与对电极的L端均设置于邻近试剂层的一端，所述触发电极设置于所述工作电极与所述对电极形成的空间内。

在所述工作电极的L端的表面设置绝缘膜，用于限制试剂层的面积。绝缘膜中可以设置多个开口，例如两个或三个开口，在临近工作电极的L端的开口中设置有一个试剂层。如开口为两个，其中一个开口正对工作电极的L端，另一个开口正对对电极L端；如开口为三个，其中一个开口正对工作电极的L端，其余两个开口分别正对对电极的L端、触发电极的T端。所述亲水膜、所述粘合层均与绝缘膜在同一侧。所述亲水膜是完整的PET膜，且其与粘合层形成一个导样槽，即粘合层开设有一导样槽，在该导样槽范围内亲水膜开设有出气口，作为虹吸进样的出气口。亲水膜或粘合层的长度可以相等，例如为触发电极长度的三分之一或二分之一，保证三个电极均有一部分位于粘合层和亲水膜的正下方。液体样本例如尿液从导样槽进入传感器后，和对电极、触发电极以及试剂层发生接触。在本申请中，触发电极的T端代表T型顶部端，工作电极与对电极的L端均代表L型具有弯折的一端。

本申请提供了检测尿液尿比重的系统与方法，利用电化学的方法测试了尿液尿比重；测试方法简单且对尿液样本需求不大，一般而言尿液量仅需2微升即可精确测得尿比重。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的检测尿液尿比重的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

一种检测尿液尿比重的系统，包括电化学传感器与测量仪器，其中图1为一种可选的电化学传感器的结构示意图，图中1为基底、2为工作电极、3为对电极、4为触发电极、5为绝缘膜、6为试剂层、7为亲水膜、8为双面胶层、9为导样槽、10为出气口；

基底的表面丝网印刷出电极形状，依次为L型工作电极2、L型对电极3和T型触发电极4，触发电极4设置于工作电极2与对电极3形成的空间内；

工作电极2的L端侧表面设置有绝缘膜5，绝缘膜5开设有一个开口，试剂层6设置于开口中；

在沿着远离基底1方向上绝缘膜5表面依次设置有双面胶层8与亲水膜7；

双面胶层8开设有导样槽9，亲水膜7开设有出气口10，导样槽9的部分或全部正对试剂层6，出气口10正对所述导样槽9。

除该传感器之外，也可以采用其他传感器，如图3所示，绝缘膜的开口为多个例如两个，试剂层6设置于正对工作电极的开口中。

本实施提供的测量仪器包括：电压输出模块、响应电流接收模块、计算模块与结果输出模块；

电压输出模块用于向电化学传感器施加电压；

响应电流接收模块用于获得电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

计算模块用于根据响应电流值与尿液尿比重的关系，计算尿液尿比重；

结果输出模块用于尿液尿比重的结果输出。

实施例2

检测尿液尿比重，采用实施例1的系统，传感器中试剂层中的试剂如表1所示，表1为本实施例试剂层中试剂的组成数据表；由此得到测量仪器中设置的计算式Y＝0.00148*X+0.99922；参数A和B的值可以通过多次实验来加以确定。

表1实施例2试剂层的试剂数据表

物质	质量比
		铁氰化钾	6.45％
海藻糖	1.8％
		亲水二氧化硅	0.9％
吐温-20	0.45％
		磷酸缓冲溶液	45.2％
水	45.2％

取尿样10份，分别编号1-10，使用测量仪器向传感器施加+0.4V电压，测试30s响应电流，测量仪器设置的上述计算式根据响应电流可直接自测量仪器端得到尿比重，同时使用折射仪测试每份尿样尿比重，将通过电极电流计算得到的计算尿比重与使用折射仪测试得到的尿比重对比，计算得到误差，结果如表2所示。

表2本实施例检测的尿比重与折射仪测试尿比重误差数据表

尿样编号	电极电流(μA)	输出尿比重	测试尿比重	尿比重误差
					1	21.94	1.032	1.03	0.002
2	18.59	1.027	1.025	0.002
					3	22.24	1.032	1.034	-0.002
4	17.18	1.025	1.026	-0.001
					5	4.279	1.006	1.005	0.001
6	4.152	1.005	1.005	0.000
					7	12.87	1.018	1.018	0.000
8	9.594	1.013	1.015	-0.002
					9	17.8	1.026	1.022	0.004
10	24.1	1.035	1.03	0.005

使用电极电流计算尿比重结果优于尿试纸的测试结果(尿试纸尿比重相邻梯度相差0.005)，与较精确的折射仪的测试结果相比，结果也具有很高的可比性。

上述尿液尿比重与电极电流的关系图如图4所示，图4为尿液尿比重与电化学传感器测试电流拟合线形图；由图4可知，尿比重与电极电流(30s)线性拟合曲线R²＝0.9802，线性关系较好。

实施例3

测试尿比重的过程与实施例2相同，区别在于传感器试剂层的试剂，如表3所示，本实施例中的计算式根据下述试剂得出：Y＝0.00183*X+1.00162；测试结果与比较结果如表4所示，图5为本实施例尿液尿比重与电化学传感器测试电流拟合线性图；

表3本实施例传感器试剂层的试剂数据表

物质	质量比
		铁氰化钾	4％
海藻糖	3％
		亲水二氧化硅	1.5％
吐温-20	0.3％
		磷酸缓冲溶液	45.6％
水	45.6％

表4本实施例得到尿比重与折射仪测试尿比重误差数据表

尿样编号	电极电流(μA)	计算尿比重	测试尿比重	尿比重误差
					1	15.62	1.030	1.029	0.001
2	8.44	1.017	1.02	-0.003
					3	3.33	1.008	1.006	0.002

不难明白，当试剂组成比例发生变化时，参数A和B也会相应地发生变化，本领域技术人员可以改变试剂的组成比例，并在其基础上得到对应的参数值。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种检测尿液尿比重的方法，包括：

测量仪器向电化学传感器施加电压；

获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

根据所述响应电流值，计算尿液尿比重；

所述根据所述响应电流值，计算尿液尿比重的步骤包括：

根据如下关系式计算尿液尿比重：

Y＝A*|X|+B；

其中，|X|表示响应电流值的绝对数值；

Y为尿液尿比重值；

参数A和B的取值与电化学传感器中试剂层对应的试剂组成相关，由尿液尿比重与电化学传感器的测试电流进行拟合得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试剂包括：

电子媒介体 2～10wt％；

稳定剂 1～5wt％；

抗凝结剂 0.5～2wt％；

表面活性剂 0.1～0.5wt％；

余量为pH缓冲液与水，pH缓冲液与水的质量比为1:1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述试剂具体组成为：6.45wt％的铁氰化钾，1.8wt％的海藻糖，0.9wt％的亲水二氧化硅，0.45％的吐温-20，45.2wt％的磷酸缓冲溶液，45.2wt％的水时，Y＝0.00148*X+0.99922；

或者，

所述试剂具体组成为：4wt％的铁氰化钾，3wt％的海藻糖，1.5wt％的亲水二氧化硅，0.3％的吐温-20，45.6wt％的磷酸缓冲溶液，45.6wt％的水时，Y＝0.00183*X+1.00162。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加电压的电压值为+0.3V～+0.5V。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值的步骤具体为：

经过预定时间后，获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定时间为10s～30s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量仪器向电化学传感器施加电压的步骤包括：

响应外部的触发命令，测量仪器向电化学传感器施加电压；

或者，

当检测到电化学传感器时，测量仪器向电化学传感器施加电压。

8.一种检测尿液尿比重的测量仪器，包括：电压输出模块、响应电流测量模块、计算模块与结果输出模块；

所述电压输出模块用于向电化学传感器施加电压；

所述响应电流接收模块用于获得所述电化学传感器与尿液作用后所产生的响应电流值；

所述计算模块用于根据响应电流值与尿液尿比重的关系，计算尿液尿比重；

所述结果输出模块用于尿液尿比重的结果输出；

所述计算模块进一步用于根据如下关系式计算尿液尿比重：

Y＝A*|X|+B；

其中，|X|表示响应电流值的绝对数值；

Y为尿液尿比重值；

参数A和B的取值与电化学传感器中试剂层对应的试剂组成相关，由尿液尿比重与电化学传感器的测试电流进行拟合得到。

9.根据权利要求8所述的测量仪器，其特征在于，所述电压输出模块进一步用于响应外部的触发命令，向电化学传感器施加电压；或者，所述电压输出模块进一步用于在检测到电化学传感器时，向电化学传感器施加电压。

10.一种检测尿液尿比重的测量仪器，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～7任一项所述的方法。

11.一种非易失性计算机存储介质，其特征在于，所述非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要1～7任一项所述的方法。

12.一种检测尿液尿比重的系统，包括电化学传感器与权利要求8～10中任一项所述的测量仪器。

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