一種用于直接電化學(xué)免疫傳感器檢測的電化學(xué)檢測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)醫(yī)療檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于直接電化學(xué)免疫傳感器檢測的電化學(xué)檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]疾病標(biāo)志物是目前疾病診斷和治療的重要生化指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行快速檢測具有非常重要的意義。但是一些生化標(biāo)志物，比如腫瘤標(biāo)志物CEA, NSE, CY21，卵巢功能標(biāo)志物L(fēng)H、FSH和E2等在人體血液中含量極低，需要較高的檢測靈敏度。目前檢測主要采用免疫方法，比如免疫膠體金試條以及基于免疫生化檢測儀的ELISA、化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)發(fā)光等方法。其中膠體金試條基于免疫層析方法，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格低，但是由于采用免疫顯色方法，為定性或半定量檢測，靈敏度不高，無法滿足定量檢測需求。免疫生化檢測儀可以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)檢測，檢測靈敏度高，但是檢測周期長，需樣量大(采用靜脈采血3-4ml)，且免疫分析儀多為大型儀器，價(jià)格高，適于醫(yī)院的檢驗(yàn)科或中心實(shí)驗(yàn)室，難以滿足家庭、個(gè)人快速檢測的需求。
[0003]微流控紙芯片以濾紙為基底材料，具有微流控芯片的功能，可以在一個(gè)芯片上完成加樣、過濾、檢測等功能，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、用樣量少，可以實(shí)現(xiàn)生物分子的微量、多參數(shù)聯(lián)合檢測。2007年美國哈佛大學(xué)的Whitesides研究組研制出第一種用于生化樣品檢測的紙芯片，之后在芯片的制作方法、流體操控原理以及檢測方法等方面進(jìn)行了一系列開拓性工作。微流控紙芯片可以和不同檢測方法結(jié)合形成不同檢測原理、不同結(jié)構(gòu)的檢測裝置，比如基于酶電化學(xué)方法的血糖、乳酸、膽固醇多參數(shù)檢測紙芯片，基于免疫顯色反應(yīng)的尿液葡萄糖和蛋白質(zhì)檢測紙芯片，電致化學(xué)發(fā)光爆炸物檢測紙芯片，電化學(xué)免疫腫瘤標(biāo)記物檢測紙芯片等。
[0004]免疫顯色反應(yīng)裝置簡單、結(jié)果直觀，但是檢測靈敏度不高，難以滿足需求。化學(xué)發(fā)光方法檢測靈敏度高，但是由于光強(qiáng)弱，需要高靈敏度的光學(xué)檢測儀，儀器成本高難以小型化。電化學(xué)免疫檢測方法結(jié)合了免疫分析和電化學(xué)檢測的優(yōu)點(diǎn)，利用免疫反應(yīng)捕獲待測物，通過電化學(xué)信號(hào)改變檢測待測物濃度，具有檢測裝置簡單，操作簡便，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)免疫分為直接法和間接法，其中，直接電化學(xué)免疫方法結(jié)合了免疫分析和電化學(xué)檢測的優(yōu)點(diǎn)，與間接電化學(xué)免疫方法相比，無需標(biāo)記酶的二抗，操作更加簡便。直接電化學(xué)免疫傳感器采用三電極體系，在工作電極上修飾電子媒介體后固定捕獲抗體形成生物敏感膜，當(dāng)待測液體中的抗原和固定抗體結(jié)合后，會(huì)增大電極表面的電阻，降低電子轉(zhuǎn)移率，電極表面電化學(xué)性質(zhì)的改變與待測抗原濃度相關(guān)，通過電化學(xué)檢測可以獲得待測抗原的濃度信息。目前對(duì)直接電化學(xué)免疫傳感器的檢測主要是基于電化學(xué)工作站采用差分脈沖伏安法，缺乏攜式的檢測儀表，以及對(duì)檢測方法的優(yōu)化。專利CN201210585432.4介紹了一種基于三電極傳感器和差分脈沖伏安法快速測定鉛的方法，該發(fā)明的方法基于電化學(xué)工作站，不涉及檢測儀表及檢測方法的優(yōu)化。專利CN201410802601.4介紹了一種提高電化學(xué)分析儀器測量精度的方法，該發(fā)明利用數(shù)據(jù)本身分段進(jìn)行平滑處理，降低噪聲提高檢測精度，但該發(fā)明不是專門針對(duì)差分脈沖伏安法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于直接電化學(xué)免疫傳感器檢測的電化學(xué)檢測儀，解決了目前直接電化學(xué)免疫傳感器檢測缺乏手持式可移動(dòng)設(shè)備的問題，可以對(duì)多待測物同時(shí)進(jìn)行檢測，且能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療功能。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提供一種用于直接電化學(xué)免疫傳感器檢測的電化學(xué)檢測儀，直接電化學(xué)免疫傳感器對(duì)待測物進(jìn)行直接電化學(xué)免疫測試電化學(xué)檢測儀包括:
[0009]多通路檢測模塊，用于對(duì)直接電化學(xué)免疫傳感器上的電流進(jìn)行檢測，得到檢測數(shù)據(jù)；
[0010]中央控制器，用于對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到待測物濃度。
[0011](三)有益效果
[0012]本發(fā)明提供的微型化電化學(xué)檢測儀攜帶方便，其多個(gè)檢測電路可以對(duì)多待測物同時(shí)進(jìn)行檢測，且能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療功能。另外，針對(duì)多通路檢測需求，使多個(gè)檢測電路共用同一對(duì)參比電極和對(duì)電極，這樣可以減少輸入的通路，檢測電路更加簡單；同時(shí)，針對(duì)傳統(tǒng)的差分脈沖伏安法(DPV)進(jìn)行了優(yōu)化，提出了通過最小二乘擬合二次函數(shù)的方式，計(jì)算峰值電流。這種方法可以有效消除干擾，提高檢測精度。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的電化學(xué)檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的多通路檢測模塊的電路圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖電壓隨時(shí)間變化的示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的差分脈沖曲線的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供一種用于直接電化學(xué)免疫傳感器檢測的電化學(xué)檢測儀，其包括多通路檢測模塊和中央控制器，其中，多通路檢測模塊對(duì)直接電化學(xué)免疫傳感器上的電流進(jìn)行檢測，得到檢測數(shù)據(jù)，中央控制器對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到待測物濃度。本發(fā)明解決了目前直接電化學(xué)免疫傳感器檢測缺乏手持式可移動(dòng)設(shè)備的問題，可以對(duì)多待測物同時(shí)進(jìn)行檢測，且能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療功能。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，直接電化學(xué)免疫傳感器用于對(duì)待測物進(jìn)行直接電化學(xué)免疫測試，電化學(xué)檢測儀包括:
[0019]多通路檢測模塊，用于對(duì)直接電化學(xué)免疫傳感器上的電流進(jìn)行檢測，得到檢測數(shù)據(jù)；
[0020]中央控制器，用于對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到待測物濃度，其中，中央控制器內(nèi)嵌有12位數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(ADC)，ADC信號(hào)的接入方式采用的是四路單端輸入，其檢測精度可以達(dá)到1/212 = 0.24%。，能夠滿足實(shí)際檢測對(duì)精度的需求。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，直接電化學(xué)免疫傳感器包括對(duì)電極、參比電極及多個(gè)工作電極，其中，參比電極用于提供參比電壓，在不同的工作電極上進(jìn)行不同種類的待測物電化學(xué)免疫測試，對(duì)電極和每個(gè)工作電極之間形成有電流；
[0022]多通路檢測模塊包括工作電壓發(fā)生電路和多個(gè)檢測電路，其中，工作電壓發(fā)生電路用于為對(duì)電極和參比電極提供參考電壓，檢測電路至少為3個(gè)，多個(gè)檢測電路共用對(duì)電極和參比電極，并且，多個(gè)檢測電路與所述多個(gè)工作電極--對(duì)應(yīng)，以對(duì)工作電極上的電流進(jìn)行檢測，得到檢測數(shù)據(jù)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，工作電壓發(fā)生電路包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)和電壓跟隨器，其中，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器可以是MAX5705，MAX5705正常工作時(shí)電源電流為155 μ A(典型值3V)，輸出電壓偏移誤差為±0.5mV，電壓跟隨器可以由一個(gè)高精度電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器組成，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓后，通過電壓跟隨器將基準(zhǔn)電壓施加于所述對(duì)電極和參比電極。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，檢測電路包括基準(zhǔn)電壓芯片、轉(zhuǎn)換電路和電壓跟隨器，多個(gè)轉(zhuǎn)換電路和多個(gè)電壓跟隨器可共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓芯片，其中:
[0025]基準(zhǔn)電壓芯片可以是LM4041，用于為檢測電路提供基準(zhǔn)電壓；
[0026]轉(zhuǎn)換電路與工作電極連接，轉(zhuǎn)換電路可以由運(yùn)算放大器和增益電阻實(shí)現(xiàn)，用于將工作電極的電流轉(zhuǎn)化為電壓，并將該電壓提供給電壓跟隨器；
[0027]電壓跟隨器與中央控制器連接，主控制器根據(jù)ADC的多路信號(hào)分別進(jìn)行運(yùn)算處理。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，工作電壓發(fā)生電路在參比電極上施加脈沖電壓，其中，所述脈沖電壓的電壓值隨時(shí)間增大；在脈沖電壓的每個(gè)脈沖周期中，檢測電路在脈沖周期前和脈沖周期后分別測量工作電極上的電流，并輸出兩個(gè)電流的電流差值給所述中央控制器；中央控制器將多個(gè)脈沖電壓的電壓值及多個(gè)電流差值采用最小二乘法進(jìn)行二次擬合，得到差分脈沖曲線，其曲線方程為:
[0029]I = a*V2+b*V+c，
[0030]其中，I為電流差值，V為脈沖電壓的電壓值，a、b、c為曲線方程的系數(shù)；
[0031]根據(jù)差分脈沖曲線的峰值確定待測物濃度，其公式為:
[0032]P = AXImax+B，
[0033]其中，P為待測物濃度，1_為差分脈沖曲線的峰值，A、B為系數(shù)。本發(fā)明采用差分脈沖伏安法對(duì)傳感器進(jìn)行檢測，差分脈沖伏安法是線性掃描伏安法和階梯掃描伏安法的衍生方法，可以有效減小充電電流的影響。DPV由于降低了背景電流而具有更高的檢測靈敏度和更低的檢出限，同時(shí)，對(duì)差分脈沖伏安法進(jìn)行了優(yōu)化，通過最小二乘擬合二次函數(shù)的方式，計(jì)算峰值電流，可以有效消除干擾，提高檢測精度。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電化學(xué)檢測儀還包括存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述系數(shù)A和系數(shù)B，其中，不同種類的待測物對(duì)應(yīng)的系數(shù)不同，在對(duì)不同待測物進(jìn)行檢測時(shí)，中央控制器會(huì)調(diào)用該存儲(chǔ)模塊中對(duì)應(yīng)的系數(shù)，以根據(jù)測得的電流峰值得到待測物濃度。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，根據(jù)不同濃度的待測物，獲取對(duì)應(yīng)差分脈沖曲線的峰值，并繪制出濃度-峰值曲線，再采用最小二乘法對(duì)所述濃度-峰值曲線進(jìn)行一次方程線性擬合，得到系數(shù)A和系數(shù)B的值。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電化學(xué)檢測儀還包括無線傳輸模塊，用于將待測物濃度的信息發(fā)送至移動(dòng)終端，移動(dòng)終端可以是智能手機(jī)、平板電腦等。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電化學(xué)檢測儀還包括顯示模塊，用于顯示檢測結(jié)果。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電化學(xué)檢測儀還包括按鍵輸入模塊，用于控制電化學(xué)檢測儀進(jìn)行檢測、結(jié)果顯示和數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0039]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的電化學(xué)檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，電化學(xué)檢測儀包括中央控制器、多通路檢測模塊、無線通信模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊及按鍵輸入模塊。
[0041]多通路檢測模塊具有3個(gè)檢測電路，可以同時(shí)檢測3路電化學(xué)信號(hào)。電化學(xué)檢測采用(對(duì)電極、參比電極和工作電極)三電極檢測，傳感器工作電極上發(fā)生還原反應(yīng)，參比電極僅僅提供參比電極沒有電流流過，反應(yīng)電流產(chǎn)生于工作電極和對(duì)電極的回路中。三個(gè)檢測電路共用同一對(duì)參比電極和對(duì)電極，這樣可以減少輸入的通路，檢測電路更加簡單。
[0042]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的多通路檢測模塊的電路圖，如圖2所示，多通路檢測模塊包括工作電壓發(fā)生電路和檢測電路，工作電壓發(fā)生電路為對(duì)電極和參比電極提供參考電壓，由一個(gè)低功耗數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)MAX5705和一級(jí)電壓跟隨器組成，MAX5705是一個(gè)低功耗DAC芯片，內(nèi)部具有2.5V高精度基準(zhǔn)電壓，具有12位帶寬，可以實(shí)現(xiàn)212 = 4096級(jí)電壓輸出。MAX5705正常工作時(shí)電源電流為155 μ A(典型值3V)和輸出電壓偏移誤