一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，包括：3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調(diào)理器、圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器。采用本發(fā)明提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，能夠解決平面成像導(dǎo)致的微電極信號采集不準(zhǔn)確的問題，實(shí)現(xiàn)信號立體檢測，為電生理學(xué)研究提供可靠的工具。
【專利說明】一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微測技術(shù)，尤其涉及一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的非損傷維測技術(shù)，是在計算機(jī)控制下，利用微電極以不接觸樣品的非損傷方式測試樣品的局部微區(qū)信息，如進(jìn)出樣品離子分子濃度、流動速率以及流動方向信息，樣品表面局部電流等。測量不同信息采用不同特性的微電極:如測量進(jìn)出樣品離子分子流動信息采用選擇性/特異性分子微電極，該微電極類型有玻璃微電極、金屬微電極、碳纖維微電極等，可以測量的離子恩子種類包括H+、Ca2+、H+、K+、Mg2+、Cl—、N03_等，測量樣品表面局部電流信息采用振動微電極等。
[0003]非損傷微測技術(shù)采用微電極接近被測樣品的方式采集信號，微電極并不接觸或侵入樣品，測量過程對樣品無任何損傷性，肺損傷為測技術(shù)特有的非損傷性測量方式使其可應(yīng)用與生物活體到飛圣體的廣大范圍樣品，生物活體樣品可以是生物整體、器官、組織、細(xì)胞層、單細(xì)胞乃至富集的細(xì)胞器等，非生物體可以是金屬材料、顆粒物體、膜材料等等。
[0004]但是隨著現(xiàn)有非損傷微測技術(shù)的廣泛和深入應(yīng)用，其內(nèi)在缺陷也暴露出來?，F(xiàn)有非損傷微測技術(shù)并非完全自動操作，顯微鏡對焦、被測樣品以及電極置于顯微鏡同一視野下等需要實(shí)驗人員手工進(jìn)行，手工操作導(dǎo)致測量過程無法標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)際測量質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)人員的水平和經(jīng)驗密切相關(guān)。手工操作不可避免的個差異性也導(dǎo)致測量結(jié)果的一致性和重復(fù)性較差。
[0005]隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，自動獲取物體精確圖像和位置信息、追蹤物體運(yùn)動的系統(tǒng)，如全自動影像追蹤系統(tǒng)等已經(jīng)形成成熟的商業(yè)化產(chǎn)品。其所獲得的物理圖像和位置信息通過計算機(jī)軟件處理，可以轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化最標(biāo)致、分辨率等信息，成為實(shí)施智能控制基礎(chǔ)?？刂栖浖苫跇?biāo)準(zhǔn)化信息按照預(yù)設(shè)的要求發(fā)出控制指令控制被追蹤物體的運(yùn)動，并根據(jù)物體圖像和位置信息的實(shí)時測量結(jié)果調(diào)整控制指令，實(shí)現(xiàn)智能控制。
[0006]但是現(xiàn)有技術(shù)中的離子流檢測系統(tǒng)只能在平面上成像，會導(dǎo)致離子流檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確、不能實(shí)現(xiàn)大景深檢測；不能實(shí)現(xiàn)多方位觀察；沒有成像立體感。不利于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位微電極與被測樣品的相對位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確定位微電極與被測樣品的相對位置，從而實(shí)現(xiàn)離子流信號檢測的準(zhǔn)確性。
[0008]本發(fā)明中提供了一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，包括:
[0009]3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調(diào)理器、圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；
[0010]所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發(fā)送到圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；
[0011]所述微電極中灌裝有液態(tài)離子，用于對被檢測植物材料供應(yīng)離子；[0012]所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發(fā)送至信號調(diào)理器；
[0013]所述信號調(diào)理器用于對信號放大器發(fā)送的信號進(jìn)行A/D調(diào)理，并將調(diào)理后的信號發(fā)送至所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；
[0014]所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器用于根據(jù)所述3D顯微鏡發(fā)送的觀測圖像和所述信號調(diào)理器發(fā)送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0015]優(yōu)選的，所述微電極內(nèi)部經(jīng)硅烷化處理。
[0016]優(yōu)選的所述圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器還用于控制所述3D顯微鏡的方位。
[0017]優(yōu)選的所述圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器具體用于根據(jù)所述3D顯微鏡發(fā)送的觀測圖像和所述信號調(diào)理器發(fā)送的信號獲取微電極中的離子流數(shù)據(jù)，并根據(jù)獲取到離子流數(shù)據(jù)確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0018]本發(fā)明提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，包括:3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調(diào)理器、圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發(fā)送到圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；所述微電極中灌裝有液態(tài)離子，用于對被檢測植物材料供應(yīng)離子；所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發(fā)送至信號調(diào)理器；所述信號調(diào)理器用于對信號放大器發(fā)送的信號進(jìn)行A/D調(diào)理，并將調(diào)理后的信號發(fā)送至所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器；所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器用于根據(jù)所述3D顯微鏡發(fā)送的觀測圖像和所述信號調(diào)理器發(fā)送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。采用本發(fā)明提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，能夠解決平面成像導(dǎo)致的微電極信號采集不準(zhǔn)確的問題，實(shí)現(xiàn)信號立體檢測，為電生理學(xué)研究提供可靠的工具。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例一提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括:
[0023]3D顯微鏡1、微電極2、信號放大器3、信號調(diào)理器4、圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5 ;
[0024]3D顯微鏡I用于觀測微電極2，并將觀測圖像發(fā)送到圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5 ；
[0025]微電極2中灌裝有液態(tài)離子，用于對(培養(yǎng)皿6)中的被檢測植物材料7供應(yīng)離子；
[0026]信號放大器3用于將微電極2采集到的信號放大，并發(fā)送至信號調(diào)理器4 ；
[0027]信號調(diào)理器4用于對信號放大器3發(fā)送的信號進(jìn)行A/D調(diào)理，并將調(diào)理后的信號發(fā)送至圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5 ；
[0028]圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5用于根據(jù)3D顯微鏡I發(fā)送的觀測圖像和信號調(diào)理器4發(fā)送的信號確定被檢測植物材料7的生理狀況。[0029]優(yōu)選的，微電極2為內(nèi)部經(jīng)硅烷化處理的微電極。
[0030]這樣能夠使得微電極尖端內(nèi)壁更具附著力，有利于液態(tài)離子交換機(jī)附著而不滲漏到外面。
[0031]優(yōu)選的，圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5還用于控制3D顯微鏡I的方位。
[0032]通過這種方式，一方面能夠保證3D顯微鏡的視野，使3D顯微鏡更好的監(jiān)測微電極與植物材料的相對位置，另一方面，能夠避免手動調(diào)節(jié)顯微鏡的位置，對顯微鏡的調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)。
[0033]優(yōu)選的，圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5具體用于根據(jù)3D顯微鏡I發(fā)送的觀測圖像和信號調(diào)理器4發(fā)送的信號獲取微電極中的離子流數(shù)據(jù)，并根據(jù)獲取到離子流數(shù)據(jù)確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例中，基于菲克定律和能斯特方程離子/分子運(yùn)動規(guī)律，利用3D顯微鏡I觀測微電極2檢測植物材料7，將圖像傳到圖像采集器/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5上處理獲得三維圖像；信號放大器3將微電極2采集到的信號實(shí)現(xiàn)初步放大，再經(jīng)過信號調(diào)理器實(shí)現(xiàn)A/D信號調(diào)理，最終將離子流數(shù)據(jù)傳給圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5處理，通過圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器5實(shí)現(xiàn)三維圖像采集和對實(shí)時三維圖像控制并實(shí)現(xiàn)離子流數(shù)據(jù)獲取，通過獲得的離子流數(shù)據(jù)判斷離子運(yùn)動速率、運(yùn)動方向等信息，從而判斷植物材料的生理狀況。
[0035]下面結(jié)合具體應(yīng)用場景，對利用本發(fā)明實(shí)施例提供的動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動態(tài)離子流的過程進(jìn)行說明，以玉米根尖作為實(shí)驗材料，測量其根尖對K+的吸收情況:用K+液態(tài)離子交換劑Potassium ionophore 1-cocktail A (sigma公司生產(chǎn)),測量步驟可如圖2所示:
[0036]步驟201，材料準(zhǔn)備:玉米苗根尖
[0037]步驟202，材料生理平衡:將玉米苗根尖置于測試液(含有0.1mM KCl、0.1mMCaCl2、0.1mM MgCl2、0.5mM NaCl、0.2mM Na2SO4 和 0.3mM MES 的溶液)中平衡 30-50 分鐘，
[0038]步驟203，微電極2制備:用美國SUTER公司P_97微電極拉制儀拉制微電極2，微電極2內(nèi)部做硅烷化處理。
[0039]步驟204，微電極2灌裝:首先灌裝Icm長度灌充液(K+灌充液成份IOOmM KCl),然后利用毛細(xì)管虹吸作用原理吸入尖端一定長度的液態(tài)離子交換劑(LIX)，K+吸入LIX約180 μ m，微電極2灌裝完畢。
[0040]步驟205,微電極2校正:將灌裝好的K+離子微電極2置于信號放大器上用0.5mM和0.05mM KCl校正微電極斜率值約58，微電極校正完畢。
[0041]步驟206，開始檢測生理平衡好的玉米苗根尖材料。
[0042]步驟207，分別得到玉米苗根尖觀測部位的三維圖像和K+離子流速，判斷玉米苗根尖生理狀態(tài)，例如K+和NH4+的吸收是否正常、植物是否受到脅迫等。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)離子流檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調(diào)理器、圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器； 所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發(fā)送到圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器； 所述微電極中灌裝有液態(tài)離子，用于對被檢測植物材料供應(yīng)離子； 所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發(fā)送至信號調(diào)理器； 所述信號調(diào)理器用于對信號放大器發(fā)送的信號進(jìn)行A/D調(diào)理，并將調(diào)理后的信號發(fā)送至所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器； 所述圖像采集/運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器用于根據(jù)所述3D顯微鏡發(fā)送的觀測圖像和所述信號調(diào)理器發(fā)送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微電極內(nèi)部經(jīng)硅烷化處理。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器還用于控制所述3D顯微鏡的方位。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述圖像采集/器運(yùn)動控制/數(shù)據(jù)處理器具體用于根據(jù)所述3D顯微鏡發(fā)送的觀測圖像和所述信號調(diào)理器發(fā)送的信號獲取微電極中的離子流數(shù)據(jù)，并根據(jù)獲取到離子流數(shù)據(jù)確定被檢測植物材料的生理狀況。
【文檔編號】G01N27/00GK103760192SQ201410013209
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】王成, 侯佩臣, 王曉冬, 羅斌, 姜富斌, 朱大洲, 宋鵬, 路文超, 趙勇 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心