基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系及檢測人呼出氣中氨氣含量的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系及檢測人呼出氣中氨氣含量的方法；該體系包括口服尿素制劑和燃料電池型氨氣檢測裝置；人體服用口服尿素制劑后，將人呼出氣引入燃料電池型氨氣檢測裝置，通過檢測人呼出氣中氨氣在燃料電池體系中發生氧化還原反應的電流信號，可快速準確得人呼氣中的氨氣含量，從而實現靈敏、快速、特異性檢測幽門螺桿菌感染程度，與現有診斷方法相比，極大地降低了毒副作用、使用局限性和檢測時間。
【專利說明】
基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系及檢測人呼出氣中氨氣含量的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系以及檢測人呼出氣中氨氣含量的方法;具體涉及一種利用人體服用普通尿素沖劑后，人體內幽門螺桿菌產生的尿素酶會將與尿素作用釋放氨氣的原理，以及利用以燃料電池為原理設計的氨氣檢測裝置，從而通過對人體呼出的氨氣含量進行檢測，實現對幽門螺旋桿菌感染程度的預測;屬于醫療器械技術領域。
【背景技術】
[0002]幽門螺旋桿菌(簡稱Hp)是一些疾病如胃炎、消化道潰瘍、淋巴增生性胃淋巴瘤、萎縮性胃炎等的慢性化因素，而這些疾病正是導致胃癌的最主要因素，有研究表明，幽門螺旋桿菌感染使患胃癌的危險增加了2.7?12倍。幽門螺旋桿菌是唯一一種感染全球半數人口的慢性傳染病，在中國，幽門螺旋桿菌的感染率已高達60%，且每年還有千萬例新增感染人群。
[0003]因此定期對人體內Hp含量進行檢測和監控是非常必要且有意義的。現階段我國檢測幽門螺旋桿菌的方法主要有胃鏡活檢法、快速尿素酶試驗、尿素呼氣試驗、尿氨排出試驗、血清學試驗以及多聚酶鏈反應等。但以上方法均有其副作用或局限性，如胃鏡活檢可給病人帶來巨大的不適感受，尿素呼氣法對人體有放射性危害，快速尿素酶法不適用于復查等。
[0004]因此開發一種新的無副作用、適用范圍廣、操作簡單、結果準確的Hp檢測方法是刻不容緩的。本發明旨在解決或緩解前部分問題。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的缺陷，本發明的第一個目的是提供一種利用普通尿素與人體幽門螺桿菌作用釋放氨氣的原理以及燃料電池原理，設計出一種能快速、準確檢測人呼出氣中氨氣含量的體系，通過對人呼出氣中氨氣進行定量檢測，實現準確、快速診斷人體幽門螺旋桿菌感染程度。
[0006]本發明的另一個目的在于提供一種將無標記尿素呼氣實驗與燃料電池反應體系相結合來實現對人體呼出氣中氨氣的定量檢測方法，從而實現靈敏、高效地檢測人體幽門螺旋桿菌感染程度。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供了一種用于基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，該體系包括口服尿素試劑及燃料電池型氨氣檢測裝置。
[0008]優選的方案，燃料電池型氨氣檢測裝置包括進氣口、燃料電池系統及出氣口。
[0009]較優選的方案，燃料電池系統包括分解催化劑、質子交換膜、催化陰極和催化陽極。
[0010]較優選的方案，催化陰極和催化陽極分別在質子交換膜兩側。[0011 ]較優選的方案，分解催化劑靠近催化陽極設置。
[0012]進一步優選的方案，催化陰極由氧化鎳-氧化銀復合物、碳膏、銀膏、鈾膏、多孔鈾中至少一種材料構成。
[0013]進一步優選的方案，所述的催化陽極由雷尼鎳、鎳-氧化鎳、鉑膏、多孔鉑中至少一種材料構成。
[OOM] 進一步優選的方案，分解催化劑由Cr、Mn、Co、N1、Fe中的一種或幾種金屬組成的合金構成。
[0015]進一步優選的方案，質子交換膜為復合質子交換膜、高溫質子交換膜、陶瓷質子交換膜或磺酸膜。
[0016]較優選的方案，燃料電池系統包括外電路。所述的外電路系統與催化陰極和催化陽極相連。
[0017]優選的方案，進氣口包括人呼出氣進氣口和氧氣進氣口。
[0018]較優選的方案，人呼出氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側一端。
[0019]較優選的方案，氧氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陰極一端。
[0020]較優選的方案，出氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側另一端(與人呼出氣進氣口相對應的一端)。
[0021]優選的方案，口服尿素試劑包含未經過同位素標記的尿素成分。口服尿素試劑可以為尿素顆粒。幽門螺旋桿菌產生的尿素酶可將尿素催化分解成氨氣。
[0022]優選的方案，所述的體系還包括吹嘴及一個用于顯示測試結果的讀取器。
[0023]優選的方案，所述吹嘴通過進氣管與燃料電池型氨氣檢測裝置的人呼氣進氣口連接。吹嘴主要用于人體鼻孔、口腔呼氣。吹嘴由環保材料制成，且為一次性使用。
[0024]本發明還提供了一種基于所述的體系檢測人呼出氣中氨氣含量的方法，該方法包括以下步驟:
[0025](I)將人呼出氣通過吹嘴及進氣管從人呼出氣進氣口引入燃料電池系統的分解催化劑區域，人呼出氣中的氨氣與分解催化劑接觸被催化分解生成Ndra2;所述H2在催化陽極解離為H+和電子;所述電子流向外電路系統，所述H+擴散至催化陰極，所述N2通過出氣口排出燃料電池系統；
[0026](2)將空氣從氧氣進氣口引入燃料電池系統的催化陰極區域，氧氣在催化陰極與H+發生氧化還原反應生成H2O;
[0027](3)檢測所述氧化還原反應生成的電流，計算人呼氣中的氨氣含量。
[0028]優選的方案，人呼出氣包括人體鼻腔呼氣和/或口腔呼氣。
[0029]本發明的用于診斷人體幽門螺旋桿菌感染的體系。該體系主體包括口服尿素制劑、燃料電池型氨氣檢測裝置。口服尿素制劑主要用于作用人體，人體服用后，人體內幽門螺旋桿菌標志物尿素酶分解尿素產生氨氣。燃料電池型氨氣檢測裝置主體包括人呼出氣進氣口和氧氣進氣口、出氣口以及燃料電池系統。燃料電池系統包括分解催化劑、質子交換膜、催化陰極、催化陽極及外電路系統。催化陰極和催化陽極分別設置在質子交換膜兩側；分解催化劑靠近催化陽極設置;人呼出氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側一端;氧氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陰極外側；出氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側另一端(與人呼出氣進氣口相對應的一端)，外電路系統與催化陰極和催化陽極相連。分解催化劑用于催化人呼出氣中的氨氣分解;質子交換膜用于給質子的迀移和輸送提供通道，使得質子經過膜從催化陽極到達催化陰極，與外電路系統的電子轉移構成回路，向外界提供電流。催化陰極和催化陽極提供氧化還原場所。燃料電池型氨氣檢測裝置還包括吹嘴及進氣管。吹嘴為一次性使用材料，其形狀可為喇叭狀、圓柱體等形狀，材質為紙質、塑料等。吹嘴通過進氣管與人呼氣進氣口緊密相連。
[0030]本發明的用于診斷人體幽門螺旋桿菌感染的體系的檢測原理為:人體服用尿素試劑后，幽門螺旋桿菌產生的尿素酶標志物會將尿素催化分解產生氨氣，人呼出氣通過吹嘴及進氣管將人呼出氣導入燃料電池系統，人呼氣中的氨氣經分解催化劑分解為出后，又經催化陽極解離為H+和電子，電子和H+分別擴散至外電路和催化陰極，隨后H+與空氣中的氧氣發生氧化還原反應反應生成H2O,這個氧化還原反應過程產生了電流，電流的強度與人呼氣中的氨氣的濃度有關，通過電流強度可計算出氨氣的濃度，從而可實現診斷人體幽門螺旋桿菌感染程度的目的。
[0031]與現有技術比較，本發明的技術方案帶來的有益效果如下:
[0032](I)本發明的體系通過無標記的尿素呼氣試驗與燃料電池系統相聯合，能夠直接、快速且準確地測定人呼出氣中氨氣的含量，從而實現了對幽門螺桿菌感染程度的簡單化、快速化和經濟化的診斷，無標記的尿素對人體完全，無毒，減少病人痛苦。
[0033](2)本發明的體系及方法通過使用基于燃料電池系統的電化學方法對氨氣進行檢測，檢測速度更快，檢測靈敏度更高。
[0034](3)本發明的體系通過直接將人呼出氣引導至燃料電池系統，能夠通過氨氣在燃料電池系統中的氧化還原反應產生的電流快速準確地確定呼出氣中氨氣的含量，進而實現靈敏、快速、特異性檢測幽門螺桿菌感染程度，與現有診斷方法相比，極大地降低了毒副作用、使用局限性和檢測時間。
[0035](4)本發明的檢測人呼出氣中氨氣含量的方法可以基于本發明的系統實現，從而可以實現對幽門螺桿菌感染程度的快速、靈敏、特異性檢測。
【附圖說明】
[0036]【圖1】利用時間-電流法測試該方法對Ippm和5ppm的標準氨氣的響應情況。
[0037]【圖2】該方法對人呼出氣體的響應情況。
[0038]【圖3】為該檢測體系的結構示意圖；
[0039]其中，
[0040]I為吹嘴，2為人呼出氣入口，3為分解催化劑，4為燃料電池系統，5為催化陽極，6為氣體出口，7為氧氣入口，8為質子交換膜，9為催化陰極，10為外電路。
【具體實施方式】
[0041]以下實施例旨在進一步說明本
【發明內容】
，而不是對本發明權利要求的保護范圍的限制。
[0042]實施例1
[0043 ] 在恒電位下測試I ppm和5ppm的氨氣標準氣體對該方法的時間-電流響應。
[0044] 具體操作如下:
[0045]設置電壓恒定為0，待穩定掃描一段時間后，分別通入兩種濃度的氨氣標準氣體，測試結果如圖1，隨著氨氣通入系統，電流出現急劇升高。
[0046]實施例2
[0047]測試人體呼吸樣本。
[0048]具體操作如下:
[0049]I)受試者應空腹或提前三個小時進食。
[0050]2)溫開水服下一盒無標記的尿素試劑，等待30分鐘。
[0051]3)收集受試者呼出的氣體，同時將氣體與進氣管相連接，使氣體完全通入燃料電池反應體系。
[0052 ] 4)用Auto Iab 1I電化學工作站的時間-電流方法測試，設其電壓為OV。
[0053]5)于上述測試體系中，測試的電流信號如圖2，結果表明該人體呼出氣中氨的濃度是可以通過此方法檢測得到的。
[0054]綜上結果表明，本發明提出的測試體系及方法是通過實際測試的優選組合，能夠簡單、準確、靈敏地診斷因幽門螺桿菌感染引起的多種疾病。
【主權項】
1.基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:包括口服尿素試劑及燃料電池型氨氣檢測裝置。2.根據權利要求1所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的燃料電池型氨氣檢測裝置包括進氣口、燃料電池系統及出氣口。3.根據權利要求2所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的燃料電池系統包括分解催化劑、質子交換膜、催化陰極和催化陽極;所述的催化陰極和催化陽極分別設置在質子交換膜兩側;所述的分解催化劑靠近催化陽極設置。4.根據權利要求3所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的催化陰極由氧化鎳-氧化銀復合物、碳膏、銀膏、鉑膏、多孔鉑中至少一種材料構成。5.根據權利要求3所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的催化陽極由雷尼鎳、鎳-氧化鎳、鉑膏、多孔鉑中至少一種材料構成。6.根據權利要求3所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的分解催化劑由Cr、Mn、Co、N1、Fe中的一種或幾種金屬組成的合金構成。7.根據權利要求3所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的質子交換膜為復合質子交換膜、高溫質子交換膜、陶瓷質子交換膜或磺酸膜。8.根據權利要求3所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的燃料電池系統包括外電路系統;所述的外電路系統與催化陰極和催化陽極相連。9.根據權利要求2所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的進氣口包括人呼出氣進氣口和氧氣進氣口。10.根據權利要求2?9任一項所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:人呼出氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側一端;氧氣進氣口設置在燃料電池系統的催化陰極外側;所述的出氣口設置在燃料電池系統的催化陽極外側另一端。11.根據權利要求1所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的口服尿素試劑包含未經過同位素標記的尿素成分。12.根據權利要求1所述的基于燃料電池建立的診斷人體幽門螺桿菌感染的體系，其特征在于:所述的檢測體系還包括吹嘴及一個用于顯示測試結果的讀取器，所述吹嘴通過進氣管與燃料電池型氨氣檢測裝置連接。13.基于權利要求1?9、11、12任一項所述的體系檢測人呼出氣中氨氣含量的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將人呼出氣通過吹嘴及進氣管從人呼出氣進氣口引入燃料電池系統的分解催化劑區域，人呼出氣中的氨氣與分解催化劑接觸被催化分解生成N2和H2 ； 所述出在催化陽極催化解離為H+和電子;所述電子流向外電路系統，所述H+擴散至催化陰極，所述N2通過出氣口排出燃料電池系統； (2)將空氣從氧氣進氣口引入燃料電池系統的催化陰極區域，氧氣在催化陰極與H+發生氧化還原反應生成H2O ； (3)檢測所述氧化還原反應生成的電流，計算人呼氣中的氨氣含量。14.根據權利要求13所述的檢測人呼出氣中氨氣含量的方法，其特征在于:所述的人呼出氣包括人體鼻腔呼氣和/或口腔呼氣。
【文檔編號】G01N27/416GK105891301SQ201610255546
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】紀效波, 周文強, 丁瑩瑩
【申請人】深圳三相生物傳感科技有限公司