本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种利用不同波长的光实现分时原位在线检测创面的多种生理参数的装置及方法。
背景技术：
我国每年手术病人在6500万人左右，伤口处理的绷带技术应用非常普遍。对于手术病人，面临的一个重要问题是手术后的创口愈合问题。常用的是使用压应力状态的绷带和纱布缠绕包裹的方式，这种方法简单易行，但是一旦包裹伤口后，医生就无法实时原位的监控伤口的生长状态，也不能实时对炎症等进行治疗，而伤口愈合是一个较长的时间，在这个较长时间内伤口都得不到准确的观察和诊断，哪怕是皮肤表面的手术，皮肤愈合也在10-20天左右，这个期间如果出现伤口早期炎症或者其他问题，就不能及时治疗。例如，创面感染不仅会导致创面愈合延迟，严重时还会危及病人的生命。在临床诊断中，早期采用有创的黄金标准方法，虽然测量比较准确，但需要不断地揭开纱布来检测创面状态，这就造成的伤口的二次伤害并增加二次感染的风险，而且具有价格昂贵、耗时和不能连续测量等缺点。因此，采用对创面感染标志物(如ph)敏感的生物传感器来检测创面状况，具有重要的临床指导意义。
基于此，人们提出了电子绷带技术。本发明复用了多个生理参数的光电检测，可以利用不同波长的光分时检测多种生理参数，包括动脉血氧饱和度、ph值、乳酸含量等，实现一个微小装置原位在线检测创面多种生理参数的功能。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明提出了一种同时检测创面多种生理参数指标的装置，通过该装置能够实现原位在线检测创面的多种生理参数，包括动脉血氧饱和度、ph、乳酸含量等。
本发明的技术方案为：
一种同时检测创面多种生理参数指标的装置，其特征在于，包括：
至少包括一个光电接收管、n个不同波长的发光二极管led以及控制所述发光二极管led的驱动电路的反射式光电检测模块；
对创面生理参数敏感的敏感薄膜；以及，
位于所述敏感薄膜和所述反射式光电检测模块之间的透明隔离层薄膜。
工作原理为：n个发光二极管led分时发射不同波长的激光信号，光信号通过透明隔离层薄膜照射于敏感薄膜表面，敏感薄膜由于生理参数变化，导致变色，在固定波长光下对于某创面生理参数的不同浓度具有不同的吸光度，并反射出不同波长的激光，反射光通过透明隔离层薄膜，进入光电接收管，光电接收管接收到光信号后产生光电流或电压，通过计算光电流或电压大小获得不同波长的光信号强度，从而获得该生理参数的大小变化。
作为优选，所述的透明隔离层薄膜为透光率大于70％、且具有生物兼容性的透明薄膜。进一步优选，所述的透明隔离层薄膜为聚二甲基硅氧烷pdms或聚乳酸pla。该透明隔离层薄膜防止创面液腐蚀反射式光电检测模块，同时具有透气效果。
作为优选，所述的隔离层薄膜的厚度为90～110μm。
作为优选，所述的敏感薄膜旋涂于透明隔离层薄膜上，工作时敏感薄膜接触创面，实现对创面生理参数的传感。
作为优选，所述的敏感薄膜的厚度为1μm～30μm。
作为优选，所述的敏感薄膜为ph敏感薄膜、葡萄糖敏感薄膜、乳酸敏感薄膜、氯离子敏感薄膜或金属离子敏感薄膜。
作为优选，所述装置包括与不同波长的发光二极管led一一对应的n种敏感薄膜，每种敏感薄膜将与其对应的发光二极管led发射的光反射至光电接收管。与敏感薄膜对应的发光二极管led是通过紫外-可见光分光光度计对敏感薄膜进行吸光度测试确定的，该发光二极管led光照下，敏感薄膜的吸光度分辨率最高。这样能够快速准确地同时检测创面多种生理参数。
一种检测创面多种生理参数指标的方法，利用上述装置，复用多个生理参数的光电检测，利用不同波长的光分时检测创面的多种生理参数，并实现原位在线的多种生理参数检测。
相比于现有技术，本发明具有的有益效果为：通过将不同波长的led一一对应的n种敏感薄膜按照反射光路一一对应的位置布局，利用不同波长的光分时检测创面的多种生理参数，能够实现同时检测多种创面生理参数指标。符合未来生物传感器的发展方向-小型化多功能以及不会给人带来不适感。
附图说明
图1是实施例1提供的同时检测创面多种生理参数指标的装置贴覆于创面表面的结构示意图；
图2是实施例2提供的同时检测创面多种生理参数指标的装置贴覆于创面表面的结构示意图。
图3是利用实施例2提供的装置测量的血氧饱和度值分布图；
图4是利用实施例2提供的装置测量的ph值分布图；
图5是利用实施例2中提供的反射式血氧传感器未旋涂敏感薄膜时测量的血氧饱和度值分布图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
图1是本发明实施例提供的同时检测创面多种生理参数指标的装置贴覆于创面表面的结构示意图。该包括：反射式光电检测模块1、包覆于反射式光电检测模块1表面的透明隔离层薄膜2、旋涂在透明隔离层薄膜2上的ph敏感薄膜31、乳酸敏感薄膜32、葡萄糖敏感薄膜33以及创面8。其中，反射式光电检测模块1中含有敏感薄膜一一对应的最优波长的led4、led5、led6以及光电二极管7。
实施例2
本实施例中，只旋涂一种ph敏感薄膜于透明隔离层薄膜，且将ph敏感薄膜全部涂满在透明隔离层薄膜上。如图2所示，本实施例提供的装置包括：型号为sfh7050的反射式血氧传感器1、包覆于反射式血氧传感器1表面的pdms2、旋涂在pdms2上的ph敏感薄膜3以及创面8。其中，反射式血氧传感器1中含有红光led4、绿光led5、红外led6以及光电二极管7。
ph敏感薄膜3采用溶胶-凝胶技术对溶胶-凝胶前体包覆酸碱指示剂染料分子制备得到。其中，酸碱指示剂染料分子包括溴甲酚绿、溴甲酚绿钠盐、甲基红以及中性红。
溶胶-凝胶前体分为无机前体、有机前体以及有机-无机杂化前体三类，其中，无机前体包括原硅酸四乙酯(teos)、四甲氧基硅烷(tmos)；有机前体包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(glymo)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、乙基三乙氧基硅烷改性(etes)或苯基三甲氧基硅烷(ftms)；有机-无机杂化前体为有机前体与无机前体以不同比例混合得到。
ph敏感薄膜3的厚度为10μm，为了ph敏感薄膜在机械性能、光学透明以及响应时间之间取得最优结果，有机前体与无机前体体积比为3:7(合计1ml)。通过以下方法制备得到：
首先，将1.2ml乙醇、16.3mg溴甲酚绿钠盐、0.3mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(glymo)、0.7ml原硅酸四乙酯(teos)以及0.4ml催化剂(0.1mhcl)混合制备溶胶，然后超声浴匀化10min，室温下老化3天，之后通过旋涂技术旋涂到pdms上，室温避光条件下放置3天。
反射式血氧传感器sfh7050中led发出的光透过隔离层薄膜和敏感薄膜照射到创面上，除去散射和吸收部分，反射光由光电二极管接收并转换成与光强成正比例的电信号，利用动脉血氧饱和度计算公式得出血氧饱和度，电信号中，光通过组织和血管时的吸收情况，可分为脉动成分(如动脉血)和非脉动成分(如皮肤、组织、静脉血等)，即可称为交流量(ac)和直流量(dc)，由于伤口ph值不会发生骤变，因此ph敏感膜对光的吸收作为dc部分。
利用本实施例制备的装置置于创面表面，基于朗伯-比尔定律，利用红光和红外两路led光测量得到电信号，即光电血管容积图(ppg)，通过动脉血氧饱和度计算公式得出血氧饱和度，结果如图3所示。
利用本实施例制备的装置置于不同ph缓冲液中，ph值5-9，间隔为1，使用绿光led发射的光测量得到的电信号来表征ph大小，结果如图4所示。
利用本实施例提供的反射式血氧传感器未旋涂ph敏感薄膜时置于创面表面，通过红光和红外两路波长光测量得到的ppg信号，结合朗伯-比尔定律计算血氧饱和度。计算公式如下：
[hbo2]和[hb]分别表示含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。
α(hbo2,λred),α(hbo2,λir),α(hb,λred),α(hb,λir)分别是hbo2和hb对
红光和红外的吸收系数。r计算如下：
根据hbo2/hb的光谱吸收特性，吸收系数满足以下关系：
α(hb,λred)＞＞α(hbo2,λred)(4)
α(hb,λir)≈α(hbo2,λir)(5)
因此，公式(1)可以简化为：
使用商用光电血氧计校准a和b。
经上式计算得到血氧饱和度，结果如图5所示。对应每次测量结果，本发明实施例提供的检测创面多种生理参数指标的装置与未旋涂ph敏感薄膜测试得到的血氧饱和度仅有0.1％-0.2％的差别。该结果表明ph敏感薄膜的存在不影响血氧饱和度的测量。
因此，本实施例能实现原位在线检测创面动脉血氧饱和度和ph值。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。