基于聲表面波串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃度分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種溶液濃度檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種基于聲表面波串聯(lián)諧振器生 物舌的放線菌酮濃度分析裝置，以及基于聲表面波串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃度分析 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常需要對(duì)溶液的濃度進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)溶液濃度時(shí)，通常使用專用 的濃度分析儀檢測(cè)，但濃度分析儀價(jià)格昂貴，少則也需要上萬(wàn)元，這大大增加了實(shí)驗(yàn)成本。 因此，有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作快捷，成本低廉的濃度檢測(cè)裝置，以及該檢測(cè)裝置的 檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中采用濃度分析儀成本高的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，操作快捷，成本低的基于聲表面波串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃度分析裝置。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種操作快捷的基于聲表面波串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃 度分析方法。
[0005] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：一種基于聲表面波 串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃度分析裝置，包括采集工作臺(tái)、采集單元、轉(zhuǎn)換單元和處理 單元，所述采集工作臺(tái)包括座體，在座體上旋轉(zhuǎn)設(shè)置有圓盤，在圓盤上繞圓心設(shè)置有多個(gè)儲(chǔ) 液腔，在圓盤一側(cè)下部設(shè)置有滴液室，所述滴液室上部與圓盤底部相接觸，在儲(chǔ)液室底部設(shè) 置有出液口，在出液口上設(shè)置有第一電磁閥，在滴液室頂部對(duì)應(yīng)出液口位置設(shè)置有進(jìn)液口， 所述滴液室底部上設(shè)置有滴液頭，滴液室內(nèi)設(shè)置有清洗機(jī)構(gòu)和排水機(jī)構(gòu)，在滴液頭的下方 座體上設(shè)置有放置槽，所述采集單元包括相連接的細(xì)胞電極板和聲表面波諧振器，細(xì)胞電 極板位于在放置槽內(nèi)，所述聲表面波諧振器與轉(zhuǎn)換單元連接，轉(zhuǎn)換單元與處理單元連接。本 發(fā)明采集工作臺(tái)自動(dòng)將不同濃度溶液分別滴到細(xì)胞電極板上進(jìn)行檢測(cè)，聲表面波諧振器采 集細(xì)胞電極板上反應(yīng)信息，以頻率的形式輸出到轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換單元采集聲表面波諧振 器的頻率信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理單元，處理單元對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行共振處理得 到輸出信噪比值。在對(duì)不同濃度溶液檢測(cè)后得到與N個(gè)數(shù)字信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的輸出信噪比 值，然后根據(jù)擬合直線得到溶液濃度預(yù)測(cè)模型。圓盤上能放置多種濃度溶液，并根據(jù)設(shè)定每 隔一段時(shí)間旋轉(zhuǎn)并將一個(gè)儲(chǔ)液腔內(nèi)溶液加入到滴液室內(nèi)。滴液室將溶液滴到細(xì)胞電極板 上，在一種濃度溶液檢測(cè)完畢后能排出剩余溶液并能對(duì)滴液室進(jìn)行清洗。本發(fā)明能自動(dòng)對(duì) 不同濃度溶液的濃度進(jìn)行分析，操作簡(jiǎn)單方便，無(wú)需操作人員一直守候旁邊并手動(dòng)更換檢 測(cè)溶液，減輕了操作人員工作量，節(jié)約了時(shí)間。本發(fā)明滴液室具有清洗功能，當(dāng)將一種濃度 的溶液排出后，清洗機(jī)構(gòu)能通入水進(jìn)行清洗，并通入氣體進(jìn)行吹干，保證了另一種濃度溶液 進(jìn)入滴液室時(shí)不會(huì)與之前剩余液體混合，使得溶液濃度的不會(huì)發(fā)生變化，保證了最后分析 數(shù)據(jù)的精確性。
[0006] 作為一種優(yōu)選方案，所述清洗機(jī)構(gòu)包括與滴液室內(nèi)部連通的進(jìn)水口和進(jìn)氣口，進(jìn) 水口與水箱連接，進(jìn)氣口與氣栗連接，在進(jìn)水口和進(jìn)氣口上分別設(shè)置有進(jìn)水電磁閥和進(jìn)氣 電磁閥，所述排水機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在滴液室底部的排水口，在排水口上設(shè)置有排水電磁閥。清 洗機(jī)構(gòu)對(duì)滴液室進(jìn)行清洗。清洗時(shí)打開排水口，通過(guò)進(jìn)水口通入清水進(jìn)行水清洗，水清洗 后通過(guò)進(jìn)氣口通入空氣對(duì)滴液室內(nèi)進(jìn)行干燥，這使得之后加入的溶液不會(huì)與之前殘留液混 合，使得溶液濃度不會(huì)發(fā)生變化，保證分析結(jié)果的精確性。
[0007] 作為一種優(yōu)選方案，所述滴液頭通過(guò)微量栗與滴液室相連通。通過(guò)微量栗將滴液 室內(nèi)的溶液按照設(shè)定量和時(shí)間滴落在細(xì)胞電極板上。
[0008] 作為一種優(yōu)選方案，在滴液室內(nèi)設(shè)置有加氧攪拌機(jī)構(gòu)，加氧攪拌機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn) 軸內(nèi)設(shè)置有管路，所述轉(zhuǎn)軸與進(jìn)水口和進(jìn)氣口相連通，在轉(zhuǎn)軸上連接有攪拌管，攪拌管的中 間位置設(shè)置有轉(zhuǎn)軸座，攪拌管通過(guò)轉(zhuǎn)軸座按照在轉(zhuǎn)軸上，構(gòu)成T型結(jié)構(gòu)，攪拌管為空心密封 管，攪拌管與轉(zhuǎn)軸相連通，在攪拌管的端頭一端上設(shè)置有若干第一氣孔，在攪拌管的另一端 頭與第一氣孔相背的一側(cè)上設(shè)置有若干第二氣孔。加氧攪拌機(jī)構(gòu)將空氣通入到滴液室內(nèi)的 溶液內(nèi)，增加溶液的含氧量，同時(shí)通入空氣能夠帶動(dòng)攪拌管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)溶液進(jìn)行攪拌， 使得溶液與空氣更好的混合，增加含氧量，這樣溶液滴到細(xì)胞電極板上后，能使細(xì)胞電極板 上的細(xì)胞存活更好，存活壽命更長(zhǎng)，保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0009] 作為一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)軸的管路上設(shè)置有通向攪拌管的單向閥。防止水和氣 體倒灌。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述圓盤側(cè)面下邊緣上設(shè)置有一圈限位沿，在所述滴液室頂 部上設(shè)置有限位塊，限位塊表面為弧形面，限位塊表面與圓盤側(cè)面相貼近，在限位塊表面上 對(duì)應(yīng)設(shè)置有限位槽，限位沿嵌入在限位槽內(nèi)。限位沿和限位槽保證圓盤與滴液室相接觸，圓 盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)偏離位置，使得出液口與進(jìn)液口相對(duì)準(zhǔn)。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，在所述細(xì)胞電極板上設(shè)置有工作電極、對(duì)電極和兩個(gè)參比電 極，所述工作電極的前端為圓形，該圓形部分采用泡沫銅制成，且在這些泡沫銅上還鍍有一 層鍍金層，細(xì)胞附著在工作電極前端上，所述對(duì)電極和參比電極的前端圍繞工作電極前端 設(shè)置，并在工作電極、對(duì)電極和參比電極的前端外部分上涂覆有一層油漆涂層。電極采用泡 沫銅制成，泡沫銅為均勻分布的三維網(wǎng)狀孔結(jié)構(gòu)，其具有多層穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且連接緊密， 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不易變形及塌陷。這使得細(xì)胞能夠進(jìn)入泡沫銅結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得細(xì)胞能更好的附著 在電極上。鍍金層相比泡沫銅毒性更低，與細(xì)胞接觸使得細(xì)胞活性更好，也使得檢測(cè)靈敏度 更好。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述在底座上豎立設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述圓盤安裝在旋轉(zhuǎn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸外設(shè)置有軸套，所述滴液室固定在軸套上。
[0013] -種基于聲表面波串聯(lián)諧振器生物舌的放線菌酮濃度分析方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟一：將放線菌酮溶液放入在圓盤中與滴液室相對(duì)的儲(chǔ)液腔內(nèi)，然后將儲(chǔ)液腔 內(nèi)溶液注入滴液室；儲(chǔ)液腔與滴液室相對(duì)，即儲(chǔ)液室的出液口與滴液室的進(jìn)液口相對(duì)準(zhǔn)。
[0015] 步驟二：通過(guò)微量栗向細(xì)胞電極板上滴液，設(shè)定每次滴液量為0. 05ml，滴液間隔 時(shí)間為3. 4秒，滴液次數(shù)為140次，滴液結(jié)束后，排出滴液室內(nèi)剩余溶液并對(duì)滴液室進(jìn)行清 洗吹干；打開排水電磁閥，將滴液室內(nèi)的剩余溶液排出，排出后關(guān)閉排水電磁閥。然后打開 進(jìn)水電磁閥通入清水，對(duì)滴液室內(nèi)進(jìn)行沖洗，清洗后再打開排水電磁閥進(jìn)行排水。關(guān)閉進(jìn)水 電磁閥，打開進(jìn)氣電磁閥，通入氣體對(duì)滴液室內(nèi)進(jìn)行吹干處理，最后關(guān)閉排水電磁閥。
[0016] 步驟三：聲表面波諧振器采集細(xì)胞電極板上的信號(hào)以頻率形式輸出，轉(zhuǎn)換單元對(duì) 頻率信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到頻率曲線，然后傳送到處理單元上，處理單元在頻率曲線上采樣得 到輸入值S(t);將輸入值S(t)代入二階線性系統(tǒng)隨機(jī)共振模型，該模型為：
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[0018] 并使二階線性系數(shù)隨機(jī)共振模型共振；其中x(t)是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)位移，Q為角頻率，r 和《分別為設(shè)定的衰減系數(shù)和線性振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的頻率，c是設(shè)定的信號(hào)調(diào)解系數(shù)，b是設(shè)定的 二次噪聲I2(t)的系數(shù)，Ut)為三歧噪聲，Ut)G{-&，〇，&}，&>〇，噪聲的歧化過(guò)程遵 循泊松分布，其概率分布為ps(a) =ps(_a) =q，ps(0) =l_2q，其中0 <q< 0. 5 ;噪聲均 值與相關(guān)性遵循〈I(t) > = 0,〈I(t)I(t+t) > = 2qa2eAT;A為相關(guān)率，三歧噪聲| (t) 的平直度為> =&得到溶液的輸出信噪比值
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[0020] 步驟四：將輸出信噪比值代入放線菌酮溶液濃度預(yù)測(cè)模型：