采样装置、采样仪和采样方法

技术领域

本发明涉及微针采样技术领域，特别涉及一种采样装置、采样仪和采样方法。

背景技术

在临床诊断治疗中，体液采样分析是诊断患者健康状况的重要方法。体液包括组织液、血液、淋巴液等，医护人员通过获取患者皮下或毛细血管中的少量体液即可进行便捷、高效的检查诊断。目前主流的采样方法是通过钢针刺破指尖，之后通过挤压手指的方式获取适量的体液用于临床诊断。这种方法存在诸多弊端：首先，采样过程会带来较大的疼痛，特别是会对儿童造成心理阴影，产生明显的抗拒心理；同时，采样结束后，需要使用棉球按压止血，对于患者来讲很不方便；此外，创口恢复期长，处理不佳容易引发感染等问题。

为此，现有技术中公开了一种更便捷的采样设备，比如中国发明专利申请“一体式血糖采集检测笔（专利申请号：CN201711412980.6）”中提供的技术方案，其通过弹簧和击发机构控制钢针快速弹出，并且可以根据患者个体差异调节扎针深度，以此降低采样时的疼痛感。这种改进方案能够在一定程度上减小采用时的不适，但是扎针深度的选择对操作者的经验要求较高。当扎针深度过深时可能会增加痛感，或者扎针过浅时体液无法流出，导致采血失败。另外，这种设备的内部结构复杂，装配时需要对弹簧预压紧或预拉伸，装配要求高，并且该技术仍无法解决采样后的创口感染问题。此外，类似糖尿病这类需要长期监护的病症，很多患者会选择居家自行采样监测，这种设备对于患者来讲，上手难度会进一步增大。因此，体液采样领域现有的技术方案存在改进之处。

发明内容

为了解决传统体液采样时存在的采样疼痛、操作难度大、创口护理不便、创口易感染、设备复杂等技术问题，本发明提供一种采样装置。该采样装置包括壳体，所述壳体上设有能够与皮肤接触的采样窗口；负压单元，所述负压单元能够降低所述壳体内的气压并在所述采样窗口处形成气压差，用以将所述皮肤吸附；驱动单元，所述驱动单元包括驱动器和传动杆，所述传动杆的端部形成装配部，所述驱动器能够通过驱动所述传动杆轴向往复运动控制所述装配部朝所述采样窗口往复运动。

对上述技术方案的有关内容做进一步说明如下。

负压单元抽吸壳体中的气体，使得壳体内部空间的气压降低。相对于壳体外部的气压，壳体内呈低压区域，壳体内部的空间通过采样窗口与外界连通，因此在采样窗口处形成气压差。当采样窗口正对接触皮肤时，在气压差的作用下，采样窗口能够将皮肤吸附。本发明将因“气压差”产生的采样窗口吸附皮肤的作用力定义为“特定吸力”。该特定吸力能够固定住皮肤，同时能够方便吸出体液。该特定吸力的大小与“气压差”的大小相关联，可以通过负压单元的功率调节。

本发明通过该特定吸力能够准确的捕捉待采样的目标皮肤区域，从而保证采样位置的精准。驱动单元上的装配部用于搭配各种采样单元使用，通过装配不同的采样单元能够实现多种体液的采样。在需要采样时，驱动单元上的装配部能够朝采样窗口往复运动，从而控制装配其上的采样单元往复的接触或穿刺待采样的目标皮肤区域，进而完成对皮肤的采样处理。

本发明中的采样装置结构新颖、工作原理独特，通过驱动器带动采样单元在短时间内高频率多次往复运动代替传统的弹簧一次性击发，能够瞬间在皮肤表面形成多个采样通道。这种改进使得采样单元能够选配更细的针型或类型，在保证采样效率的同时，有效降低扎针疼痛感。更细的针型不仅能够减小扎针时的疼痛感，而且其产生的创口更小，在皮肤粘弹性及血细胞自我修复能力的作用下，细小的创口能够更快地愈合，从而进一步降低创口感染的风险。另外，本发明的采样装置在使用过程中能够准确的定位采样位置，因此操作起来精准、简单方便；采样过程中，负压单元形成的特定吸力能够促进体液的流出，因此采样时无需挤压手指等肌肉组织，从而进一步减小疼痛感和避免皮肤创伤，并且能够降低患者的抗拒、恐惧心理。

在本发明的优选技术方案中，在所述壳体内设有分隔部件，所述分隔部件将所述壳体的内部分隔成至少两个腔室，包括第一腔室和第二腔室，其中第一腔室与所述采样窗口连通。通过设置分隔部件，将壳体的内部空间分隔成多个腔室。通过上述的配置，能够更牢靠、规整的布置各部件，从而提高结构稳定性。该分隔部件能够形成单独的腔室，通过调节分隔部件的位置可以改变腔室的体积，通过缩小第一腔室的体积，能够使得负压单元只需较小的功率即可使采样窗口形成足够的特定吸力，从而降低对负压单元的功率要求，降低能耗。另外，独立的第二腔室能够更好的保护各电气部件，避免两个腔室出现细菌、灰尘的混合或交叉。

在本发明的优选技术方案中，所述驱动单元布置在所述第一腔室中。通过上述的配置，驱动单元整体布置在第一腔室中，能够有效简化结构、降低装配难度。

在本发明的优选技术方案中，所述驱动器布置在第二腔室中，所述传动杆贯穿所述分隔部件并且所述装配部伸至所述第一腔室中。通过上述的配置，能够进一步缩小第一腔室的体积，进而降低对负压单元的功率要求。

在本发明的优选技术方案中，在所述传动杆和所述分隔部件之间设置滑动密封环，以使得所述传动杆在相对于所述分隔部件轴向往复运动的过程中与所述分隔部件保持气密封状态。

在本发明的优选技术方案中，所述负压单元包括抽吸泵和抽吸管，所述抽吸管的一端连接在所述抽吸泵的抽气口，所述抽吸管的另一端与所述采样窗口连通。抽吸泵能够实现自动抽吸，从而进一步提高操作便捷程度。

在本发明的优选技术方案中，所述负压单元通过抽吸气体降低所述壳体内的气压，并且在所述采样窗口处形成的气压差不小于1MPa。

本发明还提供一种采样仪，该采样仪包括根据上述任一技术方案中所述的采样装置；和采样单元，所述采样单元可拆卸地装配在所述采样装置上，并能够被所述采样装置带动着在采样窗口处往复穿刺皮肤。

在该技术方案中，采样装置能够带动采样单元高频次的多次往复穿刺皮肤，可以短时间内在皮肤表面形成多个采样通道，从而提高体液渗出速度。基于这一改进，本发明中的采样仪可以选用尺寸更细的采样单元，从而减小患者的疼痛感，同时减小创口面积。创口面积减小后，其恢复周期更短，能够进一步降低创口感染的风险。因此，具有多方面的技术进步。

在本发明的优选技术方案中，所述采样单元包括一根或多根针体。针体可以是钢针、硅针或其他合适的针体。

在本发明的优选技术方案中，所述采样单元包括基板和阵列布置在所述基板表面的微纳针。需要说明的是，该微纳针包括针体长度在微米级、针尖尺寸在纳米级的针型，现有技术中比较成熟的产品为纳米晶片。通过配置微纳针，能够在皮肤表面形成多个采样通道，有效提高采样效率；同时纳米级的采样通道不会产生明显痛感，能够有效减小用户的痛苦。

在本发明的优选技术方案中，所述微纳针为实心针型。通过上述的配置，体液在微纳针往复穿刺皮肤的时间间隙流出。实心针型更容易加工，并且其稳定性好、成本低，能够有效降低采样成本。

在本发明的优选技术方案中，任意相邻所述微纳针之间的间距不小于0.1mm。

本发明还提供一种采样方法，该采样方法包括以下步骤：

对皮肤表面进行消毒清洁；

使用上述任一技术方案中所述的采样仪对所述皮肤表面进行采样处理；

使用试纸吸附从所述皮肤表面渗出的体液。

在本发明的优选技术方案中，所述采样仪的采样单元包括基板和阵列布置在所述基板表面的微纳针，所述微纳针为实心针型，任意相邻所述微纳针之间的间距不小于0.1mm。

在本发明的优选技术方案中，所述使用上述任一技术方案中所述的采样仪对所述皮肤表面进行采样处理的步骤包括：

将采样窗口正对并接触所述皮肤表面；

启动负压单元，所述负压单元在所述采样窗口形成特定吸力并将皮肤吸附；

启动驱动单元，所述驱动单元控制所述采样单元在皮肤表面往复穿刺；

关闭所述驱动单元，所述负压单元保持工作特定时长；

关闭所述负压单元；

移除所述采样仪。

值得强调地是，在驱动单元控制采样单元对皮肤表面进行穿刺后，负压单元保持工作特定时长，能够有效促进体液的流出，从而提高采样效率。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明采样装置的实施例的结构示意图；

图2是本发明采样仪的实施例一的结构示意图；

图3是图2中T处的放大示意图；

图4是本发明采样仪的实施例二的结构示意图；

图5是本发明采样方法的流程图；

图6是本发明采样方法的详细步骤图。

附图标记列表：

A、采样装置；B、采样仪；Q1、第一腔室；Q2、第二腔室；1、壳体；10、采样头；11、采样窗口；12、排气孔；13、分隔部件；131、滑动密封环；2、负压单元；21、抽吸泵；22、抽吸管；221、抽吸端；23、排气端；3、驱动单元；31、驱动器；32、传动杆；321、装配部；4、采样单元；41、装配座；42、基板；43、微纳针；5、电源。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决传统体液采样时存在的采样疼痛、操作不便、创口可能感染、采样成功率不稳定以及设备复杂、生产装配复杂等技术问题，本发明提供一种采样装置A。该采样装置A包括壳体1，壳体1上设有能够与皮肤接触的采样窗口11；负压单元2，负压单元2能够降低壳体1内的气压并在采样窗口11处形成气压差，用以将皮肤吸附；驱动单元3，驱动单元3包括驱动器31和传动杆32，传动杆32的端部形成装配部321，驱动器31能够通过驱动传动杆32轴向往复运动控制装配部321朝采样窗口11往复运动。

图1是本发明采样装置的实施例的结构示意图。如图1所示，在一种实施例中，壳体1呈直筒形，壳体1的上端设置有排气孔12，壳体1的下端包括一个可拆卸的采样头10，采样窗口11开设在采样头10上。容易理解的是，采样头10还可以与壳体1一体成型设计形成，或者壳体1的下端直接形成采样窗口11。在壳体内部布置有负压单元2、驱动单元3以及电源5。如图1所示，负压单元2包括抽吸泵21、抽吸管22和排气端23，其中，抽吸管22的抽吸端221设置在壳体1的空腔中，排气端23与排气孔12连通。当抽吸泵21工作时，壳体1的空腔中的气体被抽吸端221抽吸，并从排气端23经排气孔12排出，壳体1空间中的气压降低，在采样窗口11位置处形成特定吸力。

如图1所示，驱动单元3包括驱动器31，驱动器31的动力输出端与传动杆32连接，传动杆32的端部布置有装配部321。在一种或多种实施例中，装配部321及传动杆32的一部分伸入采样头10中并靠近采样窗口11。当驱动器31驱动传动杆32沿轴向往复运动的过程中，装配部321能够朝采样窗口11往复运动。如图1所示，负压单元2及驱动单元3的动力由电源5提供。

本发明中的采样装置A可以搭配不同类型的采样单元使用，从而对不同类型的体液进行采样，用于多种诊断治疗。下面通过一些实施例做进一步说明。

实施例一

图2是本发明采样仪的实施例一的结构示意图，图3是图2中T处的放大示意图。在该实施例一中，采样仪B是由采样装置A搭配一种采样单元4组合形成。

如图2和图3所示，采样装置A的壳体1呈直筒形。替代地，壳体1可以呈L型、T型、方形或其他合适的形状。在壳体1的上端设置有阵列排布的多个排气孔12。替代地，排气孔12可以仅开设一个。排气孔12的形状可以为圆孔、方孔、六边形孔或其他合适的形状。容易想到地是，排气孔12还可以开设在壳体的侧周壁或其他合适的位置。如图2所示，在壳体1的下端可拆卸地设置有采样头10，采样头10可以通过卡扣、螺纹、插接等方式装配在壳体1上。替代地，采样头10与壳体1一体成型设计而成。如图2和图3所示，采样头10呈向下收拢的梯台状，在采样头10上开设有空心通道，该空心通道的上端与壳体内部空间连通，空心通道的下端形成采样窗口11。容易理解的是，在一些实施例中，壳体1的下端可以直接形成采样窗口11，可选地，与特定的采样单元4装配并形成气密封连接，从而方便在采样窗口11处产生特定吸力。

如图2所示，在壳体1上设有分隔部件13。分隔部件13将壳体1的内部空间分隔成第一腔室Q1和第二腔室Q2，其中第一腔室Q1通过采样头10上的空心通道与采样窗口11连通。容易想到地是，分隔部件13还可以将壳体的内部空间分隔成更多的腔室，从而方便各电气部件的安装布置。

如图2和图3所示，负压单元2布置在第二腔室Q2中。在本实施例一中，负压单元2通过抽吸泵21实现气体抽吸并形成特定吸力。替代地，负压单元2还可以包括活塞筒、活塞盘或其他合适的手动、电动方式实现气体抽吸。如图2所示，抽吸泵21与一个抽吸管22连接，抽吸管22的端部固定在分隔部件13上并形成抽吸端221，负压单元2通过抽吸管、抽吸端与第一腔室Q1连通。如图2所示，抽吸泵21的排气端23呈碗状与排气孔12连通。容易想到的是，排气端23还可以是管状或其他合适的结构。

如图2所示，在本实施例一中，驱动单元3的驱动器31布置在第二腔室Q2中。驱动器31可以是带有传动结构的偏心马达，还可以是线性马达、电磁振动器或其他合适的驱动部件。在驱动器31的动力输出端上连接有驱动杆32。如图2所示，在本实施例一中，驱动杆32贯穿分隔部件13后延伸至第一腔室Q1中。驱动杆32的端部设有装配部321，该装配部321延伸至采样窗口11附近。该装配部321可以呈插接轴状与驱动杆32一体成型设计，也可以呈卡座、插接筒状或其他合适的装配结构。容易理解的是，装配部321可以通过焊接、螺纹连接、卡接等方式固定在驱动杆32上。

如图2和图3所示，为了进一步保证负压单元2在采样窗口11处形成的特定吸力，在本实施例一中，驱动杆32与分隔部件13之间设置有滑动密封环131。滑动密封环131可以是弹性橡胶件，也可以是密封垫圈、密封轴承或其他合适的密封部件。另外，可以在驱动杆32、滑动密封环131与分隔部件13之间设置密封润滑液，以便于减小彼此之间的磨损。

如图2所示，在本实施例一中，电源5布置在第二腔室Q2中，用于向抽吸泵21、驱动器31供给电能。电源5可以为可拆卸更换的干蓄电池，也可以为无需更换的可充电电池。当电源5为可充电电池时，其充电口可以设置在壳体1的上端，也可以设置在壳体1的侧周壁或其他合适的位置。另外，电源5也可以替代为有线电源，电源线从壳体1的上端或侧周壁延伸至壳体1的外部。

如图2和图3所示，采样单元4可拆卸地安装在装配部321上。在本实施例一中，采样单元4包括装配座41，装配座41套接在装配部321上。装配座41与装配部321的具体固定方式可以为螺纹旋拧连接、卡扣连接、过盈配合或其他合适的连接方式。容易理解地是，当装配头321的样式改变时，装配座41可以适应性的改变并与之实现稳定装配。如图2所示，采样单元4还包括纳米晶片，纳米晶片包括基板42和排布在基板42表面的微纳针43。其中基板42固定在装配座41上，微纳针43朝向采样窗口11。在本实施例中，微纳针43为实心针型，其针体高度在微米级，针尖尺寸在纳米级，任意相邻微纳针43 的间距不小于0.1mm。

实施例二

图4是本发明采样仪的实施例二的结构示意图。与实施例一不同的是，在本实施例二中，驱动单元3整体布置在第一腔室Q1中，驱动器31通过电线与电源5电性连接。另外，在本实施例二中，采样单元4包括装配座和多根针体，针体彼此平行的固定在装配座上，针尖朝向采样窗口11。替代地，采用单元4上仅设置一根针体。针体的材质可以为钢针、硅针或其他合适材料的针体。

下面对采样仪B的使用方法及细节做进一步说明。

图5是本发明采样方法的流程图。如图5所示，该采样方法包括以下步骤：

对皮肤表面进行消毒清洁（步骤s1）；

使用采样仪B对皮肤表面进行采样处理（步骤s2）；

使用试纸吸附从皮肤表面渗出的体液（步骤s3）。

在一种或多种采样场景中，采样仪B采样单元4包括基板42和阵列布置在基板42表面的微纳针43，微纳针43为实心针型，任意相邻微纳针43之间的间距不小于0.1mm。

图6是本发明采样方法的详细步骤图。如图6所示，该采样方法具体包括以下步骤：

对皮肤表面进行消毒清洁（步骤s1）；

将采样窗口11正对并接触皮肤表面（步骤s21）；

启动负压单元2，负压单元2在采样窗口11形成特定吸力并将皮肤吸附（步骤s22）；

启动驱动单元3，驱动单元3控制采样单元4在皮肤表面往复穿刺（步骤s23）；

关闭驱动单元3，负压单元2保持工作特定时长（步骤s24）；

关闭负压单元2（步骤s25）；

移除采样仪B（步骤s26）；

使用试纸吸附从皮肤表面渗出的体液（步骤s3）。

下面对一些操作细节做进一步说明。

在步骤s1中，可以选用浓度75%的酒精擦拭皮肤表面，对皮肤进行消毒清洁。

负压单元2启动后，抽吸泵21持续抽吸第一腔室Q1中的气体，使得第一腔室Q1内的气压降低，于是在采样窗口11处产生气压差，该气压差形成特定吸力将皮肤吸入采样窗口11，造成皮肤表面一定程度的拱起。在步骤s22中，通过改变负压单元2的功率可以调节采样窗口11处的气压差，进而调节特定吸力的大小，从而调整采样仪B对皮肤的吸力。可选地，负压单元2通过抽吸气体使得采样窗口11处形成的气压差不小于1MPa。优选地，该气压差为5MPa、15MPa、或20MPa。

当皮肤表面被采样窗口11稳定的吸附后，执行步骤s23，驱动单元3控制采样单元4在短时间内高频率的往复穿刺皮肤表面，从而瞬间在皮肤表面形成多个采样通道。在本实施方式中，微纳针的针体高度在微米级、针尖尺寸在纳米级，其形成的创口细小，能够有效减轻采样时的疼痛。同时，短时间内产生的大量采样通道能够保证体液的高效渗出。

采用单元4对皮肤进行采样处理完成后，负压单元2持续保持工作，第一腔室Q1中的低气压能够促进体液的渗出，从而提高采样效率。

需要说明的是，由于本发明中的采样仪B能够在短时间内在皮肤表面形成多个采样通道，因此当采样单元4选用多根或一根针体时，即使针体的尺寸细小，本采样仪B仍能够通过特定吸力快速的获取足够的体液。当选用尺寸细小的针体时，能够明显减轻患者的疼痛，同时减小创口尺寸，从而缩短创口恢复时间，降低感染几率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。