[发明专利]多通道微流控血流变分析芯片及其分析系统和分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种血流变分析装置，具体的为一种多通道微流控血流变分析芯片和采用该多通道微流控血流变分析芯片的多通道微流控血流变分析系统和分析方法。

背景技术

血液流变学指标与动脉疾病等疾病的发生有高度相关性，而血液粘度作为重要的血液流变学指标，用于医学研究和临床诊断具有重要的参考价值。国内外研究人员对血液流变学指标和多种疾病间的相关性进行了大量的研究和探讨，取得了很大的进展：许多研究者通过对患有冠状动脉疾病的病人进行血液粘度测量，发现血粘度指标与动脉粥样硬化、脑梗塞、心肌缺血和心肌梗塞等冠状动脉疾病高度相关。一些学者研究血液流变学指标和中风的关系，发现中风病人会有两个或更多个的流变学指标异常，这些指标包括全血粘度、血浆粘度，红细胞聚集，红细胞刚度和血细胞比容。还有研究发现，血液流变学指标还与糖尿病相关，糖尿病患者呈现全血粘度和血浆粘度的增高。此外，还有研究全血粘度与吸烟、年龄、性别等等间的关系，发现吸烟和年龄增长可能会引起血液粘度的升高；反映机体血液高凝状况的血液流变学各指标变化均与年龄有明显关系，老年主要以血浆粘度、血沉、血沉方程K值等增高而红细胞变形性下降为主要特征，中、青年以全血粘度、红细胞压积增高为主要特征；男性的血液比经期前的女性具有更高的血液粘度、RBC聚集能力、以及RBC刚度，这可能与妇女每月的失血有关。

然而，血液粘度指标的临床测定方面的进展比较缓慢。对于血液这种低粘度的粘塑性非牛顿流体，国内目前普遍采用的粘度计有两类：旋转式粘度计和毛细管粘度计。其中，旋转式粘度计包括同轴圆筒式和锥板式。大部分的粘度计都可以在一个特定的剪切率下测量出粘度，然而，对于血液这种非牛顿流体而言，其粘度随剪切率变化而变化，因此，为了测得一定范围剪切率下的粘度，通常需要不断改变这些粘度计的参数进行重复测量操作，如改变旋转式粘度计转速、毛细管粘度计容器压力等，以获得一定剪切率范围内的“剪切率—剪切力”的关系，从而获得低切、高切等情况下的血液粘度值。这些重复操作使粘度测定既困难又费力。由于测定花的时间较长，这些粘度计还需要加入抗凝血剂以防止血液凝结，因此测量的结果会根据抗凝血剂的不同使血液黏度值产生或多或少的误差，存在着样本污染。

现有的一些血流变分析测量装置主要有几下几种：

1、采用U形管装置的扫描式毛细管粘度计（SCTR），其特点是使用了两个（多个）臂管，且初始液面水平高度不同：一个管中的液体平面比另一个管高。因此，当t=0时，高液面管中的液体开始在重力作用下向低液面管流动。由于流速是由两个液面的压差决定的，它将随着两个液面差的减少而逐渐减小，而流速又可以通过液面随时间的变化率进行估计，因此可以通过测量两个液面高度来估计出流速和压降，然后由流速计算出剪切率，由压降计算出剪切力。通过剪切率和剪切力，就可以选择非牛顿流体模型（Power-law模型、Casson模型或Herschel-Bulkley模型）进而决定流体的粘度了。这类U型管式快速测定方法的理论基础与毛细管粘度计相同，也是泊肃叶等式，只是物理模型要复杂一些，所以在U管装置尺寸参数的选择上比较严格，原则是最大化的简化模型的复杂度和参量，并尽量减弱一些力学效应的影响甚至使其可忽略，如表面张力效应、末端效应等。其测量核心是对液面的观测，可以采用光电传感器，图像传感器和液面传感器等方法。这种快速测定粘度的方法快速、方便、省力，操作简单，最大限度减少了人为操作带来的误差，因此测得的数据准确度高，模型参数可以根据实验和实际仪器使用情况进行调整。

2、旋转式血流变仪

旋转式血流变仪主要由两个同心圆筒（外圆筒略大于内圆筒，半径比小于1.15）组成。测试液体填充在两个圆筒的间隙中，内圆筒可借助于具有一定弹性系数的金属丝支撑起来，外圆筒在马达的带动下，以一定的角速度转动。两圆筒间的液体受到切变，有切应力作用于内圆筒，使内圆筒偏转到某一角度，直到与扭丝的恢复力矩平衡而稳定，测内圆筒所受的扭矩得出切应力；切变率可由外圆筒旋转的角速度算出。

锥板式粘度计（上旋式或下旋式）与同轴双圆筒旋转式粘度计相似。在该仪器上采用了单片机或者使用嵌入式计算机控制转速，但它的测量方法中，切应力是几种固定力矩形成的，不是连续变化力矩测量方法。