基于生物舌的奎寧濃度檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溶液濃度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種檢測(cè)準(zhǔn)確性高，速度快的基 于生物舌的奎寧濃度檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的溶液濃度檢測(cè)方法有儀器分析檢測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法，儀器分析檢測(cè)法雖然 操作簡(jiǎn)單，但是存在檢測(cè)精度低的缺陷；化學(xué)檢測(cè)法存在操作繁瑣，重復(fù)性差的不足。
[0003] 中國(guó)專利授權(quán)公開(kāi)號(hào)<附03528877六，授權(quán)公開(kāi)日2014年1月22日，公開(kāi)了一種 小型生化反應(yīng)器在線糖濃度檢測(cè)系統(tǒng)，包括1個(gè)觸摸屏，負(fù)責(zé)接受現(xiàn)場(chǎng)人員的設(shè)置和操作； 2個(gè)恒流栗，負(fù)責(zé)對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行稀釋；1個(gè)在線糖分析儀，負(fù)責(zé)糖濃度的在線檢測(cè)；1個(gè)離線 糖濃度分析儀，負(fù)責(zé)糖濃度的離線檢測(cè)；1個(gè)嵌入式模塊BL2100,作為系統(tǒng)的控制單元，控 制恒流栗的流速以及糖濃度分析儀的動(dòng)作，采集在線糖分析儀的糖濃度檢測(cè)值，對(duì)采集值 進(jìn)行在線校正，得到生化反應(yīng)器內(nèi)準(zhǔn)確的糖濃度檢測(cè)值，并根據(jù)離線糖濃度分析儀的值對(duì) 模型參數(shù)進(jìn)行修正。該發(fā)明的不足之處是，檢測(cè)精度低和重復(fù)性差的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的檢測(cè)方法檢測(cè)精度低和重復(fù)性差的 不足，提供了一種檢測(cè)準(zhǔn)確性高，速度快的基于生物舌的奎寧濃度檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于生物舌的奎寧濃度檢測(cè)裝置，所述奎寧濃度檢測(cè)裝置與計(jì)算機(jī)電連接； 包括試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)于試驗(yàn)臺(tái)上的檢測(cè)盒、聲表面波諧振器、電子計(jì)數(shù)器、振蕩器和細(xì)胞電極芯 片；振蕩器和聲表面波諧振器構(gòu)成振蕩回路，計(jì)數(shù)器與振蕩回路電連接，聲表面波諧振器與 細(xì)胞電極芯片電連接，計(jì)數(shù)器與計(jì)算機(jī)電連接；
[0007] 所述細(xì)胞電極芯片包括基板、設(shè)于基板上表面的鎢對(duì)電極、鎢參比電極和工作電 極；所述細(xì)胞電極芯片平放于位于檢測(cè)盒內(nèi)，檢測(cè)盒上設(shè)有可正對(duì)工作電極滴下奎寧溶液 的微量栗，檢測(cè)盒下部設(shè)有出液口；所述工作電極包括泡沫銅層和設(shè)于泡沫銅層上的濺射 金層，濺射金層的各個(gè)網(wǎng)孔內(nèi)均設(shè)有小鼠舌面菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞；
[0008] 所述試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)有L形支撐臂，支撐臂上設(shè)有圓盤(pán)，圓盤(pán)上設(shè)有η個(gè)分別盛有不同 濃度的奎寧溶液的吊瓶；支撐臂中部設(shè)有位于圓盤(pán)下方的容器，容器內(nèi)設(shè)有分別與進(jìn)水管、 進(jìn)氣管連接的攪拌裝置，攪拌裝置上設(shè)有若干個(gè)通孔，容器上設(shè)有蓋板，容器下部設(shè)有出液 管，微量栗與容器下端相連通；支撐臂通過(guò)可帶動(dòng)圓盤(pán)水平旋轉(zhuǎn)的電機(jī)與圓盤(pán)相連接，各個(gè) 吊瓶下端、進(jìn)水管、出液管及進(jìn)氣管上均設(shè)有電磁閥，計(jì)算機(jī)分別與微量栗、電機(jī)和各個(gè)電 磁閥電連接。
[0009] 所述細(xì)胞電極的制備過(guò)程如下：
[0010] 用于濺射金處理的濺射室內(nèi)依次設(shè)有濺射儀、靶盤(pán)固定座、電極托板，電極托板通 過(guò)第一電機(jī)的水平轉(zhuǎn)軸與濺射室連接，靶盤(pán)固定座通過(guò)第二電機(jī)的水平轉(zhuǎn)軸與濺射室連 接；濺射室上還設(shè)有觀察窗口；第一電機(jī)的水平轉(zhuǎn)軸和第二電機(jī)的水平轉(zhuǎn)軸同軸；
[0011] (1-1)將純度彡99. 99 %，直徑為4. 5至5. 0cm，厚度為0· 5至0· 7cm的金靶盤(pán)安裝 到靶盤(pán)固定座上，將包括ST切型石英制成的基板、設(shè)于基板上的對(duì)電極、參比電極和泡沫 銅材料制成的工作電極的電極芯片安裝到電極托板上，使工作電極面向靶盤(pán)并露出電極托 板之外；
[0012] (1-2)利用離子栗對(duì)濺射室抽真空，使真空度達(dá)到4. 2X10 5Pa以下；向?yàn)R射室充 入純度彡99. 99 %的氬氣；
[0013] (1-3)使濺射儀的功率由W呈階梯式逐漸下降，靶盤(pán)上的金原子被濺射到工作電 極上；在濺射的過(guò)程中，第二電機(jī)帶動(dòng)靶盤(pán)勻速旋轉(zhuǎn)，第一電機(jī)帶動(dòng)電極芯片以大于第二電 機(jī)的轉(zhuǎn)速先同向旋轉(zhuǎn)，再反向旋轉(zhuǎn)，然后再同向旋轉(zhuǎn)；得到濺射金后的電極芯片；
[0014] (1-4)將濺射金后的電極芯片進(jìn)行干燥、浸泡、殺菌處理后，將用小鼠舌面菌狀味 蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞制成的細(xì)胞懸液滴到工作電極上，培養(yǎng)2至3小時(shí)，得到細(xì)胞電極。
[0015] 本發(fā)明的細(xì)胞電極芯片的工作電極是采用泡沫銅材料制成的，泡沫銅具有均勻分 布的三維網(wǎng)狀孔結(jié)構(gòu)，多層穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接緊密，銅的機(jī)械性能良好，可防止網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 變形、塌陷及表面的斷裂可能。工作電極表面網(wǎng)孔的直徑在〇. 15mm-0.35mm之間，而其內(nèi)部 的網(wǎng)孔直徑越來(lái)越小，這種特殊的結(jié)構(gòu)有利于分子或離子在網(wǎng)孔內(nèi)自由移動(dòng)，使得具有電 活性的分子或離子可以進(jìn)入泡沫銅結(jié)構(gòu)內(nèi)部，增大了待測(cè)溶液與電極的接觸面積，提高了 工作電極的靈敏度及選擇性。
[0016] 本發(fā)明在工作電極上進(jìn)一步濺射金原子，從而在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)增加了一層金膜，金 膜具有隔離泡沫銅和小鼠舌面菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞的作用，因?yàn)殂~對(duì)小鼠舌面菌狀 味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞具有毒害的作用，會(huì)降低小鼠舌面菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞的活 性，而金對(duì)小鼠舌面菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞沒(méi)有毒害作用，小鼠舌面菌狀味蕾苦味味 覺(jué)受體細(xì)胞活性更好，增加了工作電極的生物相容性，進(jìn)一步提高了檢測(cè)的靈敏度。
[0017] 本發(fā)明的生物舌是由培養(yǎng)在工作電極上的小鼠菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞構(gòu)成， 由于小鼠菌狀味蕾苦味味覺(jué)受體細(xì)胞對(duì)奎寧有靈敏的響應(yīng)，將小鼠舌面菌狀味蕾苦味味覺(jué) 受體細(xì)胞培養(yǎng)在泡沫銅電極表面作為味覺(jué)敏感元件，細(xì)胞受到味物質(zhì)分子的刺激產(chǎn)生特異 性響應(yīng)，同時(shí)釋放出ATP和五羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)類化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)具有還原性，被泡沫 銅電極氧化得到特異性電流響應(yīng)，電流響應(yīng)被聲表面波串聯(lián)諧振器捕捉到，以頻率的形式 檢出，根據(jù)聲表面波諧振器的檢出頻率就可以實(shí)現(xiàn)味物質(zhì)信息檢測(cè)的目標(biāo)。
[0018] 因此，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)靈敏性好，檢測(cè)精度高，檢測(cè)速度快；裝置穩(wěn)定性 好，重復(fù)性好的特點(diǎn)。
[0019] 作為優(yōu)選，所述攪拌裝置為設(shè)于容器下部?jī)?nèi)的T形攪拌管，所述容器內(nèi)設(shè)有豎筒， 豎筒上邊緣設(shè)有向外水平延伸的翻邊，T形攪拌管的下邊緣設(shè)有與翻邊相適配的向內(nèi)水平 延伸的環(huán)形邊，環(huán)形邊上表面與翻邊下表面間隙配合；
[0020] 豎筒上部設(shè)有擋圈，擋圈上表面與環(huán)形邊下表面相接觸；豎筒下部與進(jìn)水管、進(jìn)氣 管相連接；
[0021] 各個(gè)通孔分別位于T形攪拌管一端的外周面后部和另一端的外周面前部。
[0022] T形攪拌管可以一邊攪拌一邊向溶液中充入氧氣，從而提高溶液中的氧氣濃度，高 含氧量的溶液可以提高小鼠菌狀味蕾味覺(jué)受體細(xì)胞的活性，細(xì)胞活性好，則檢測(cè)的靈敏度 更尚。
[0023] 作為優(yōu)選，所述基板下表面上由內(nèi)至外依次設(shè)有聚氨酯泡沫層和濺射銅層?；?下表面上濺射銅層具有還原催化作用，會(huì)加快細(xì)胞釋放出ATP和五羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)類化 學(xué)物質(zhì)的還原反應(yīng)速度，特異性電流響應(yīng)更強(qiáng)，檢測(cè)的靈敏度更高。
[0024] 作為優(yōu)選，聲表面波諧振器包括壓電基片、叉指換能器、2個(gè)反射柵、設(shè)于反射柵兩 側(cè)的4個(gè)增益柵和分別設(shè)置于兩個(gè)反射柵的遠(yuǎn)離叉指換能器一側(cè)的兩個(gè)吸聲件；對(duì)電極和 工作電極分別與設(shè)于叉指換能器上的2個(gè)連接端電連接。
[0025] -種基于生物舌的奎寧濃度檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0026] (5-1)在圓盤(pán)的η個(gè)吊瓶中依次盛有濃度逐漸升高的奎寧溶液，計(jì)算機(jī)按照濃度 升高的順序?yàn)楦鱾€(gè)吊瓶由1至η依次編號(hào)，計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有1至η吊瓶中的奎寧溶液濃度 k k2, . . .，kn，吊瓶序號(hào)i的初始值為1，i = 1，…，η ;
[0027] (5-2)計(jì)算機(jī)控制出液管的電磁閥關(guān)閉，通過(guò)電機(jī)控制圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使編號(hào)為i的吊 瓶與容器對(duì)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)控制該吊瓶的電磁閥打開(kāi)，吊瓶?jī)?nèi)的奎寧溶液被倒進(jìn)容器中；
[0028] (5-3)將蓋板從容器上取下，計(jì)算機(jī)控制與氧氣連通的進(jìn)氣管的電磁閥打開(kāi)，攪拌 裝置邊攪拌邊向溶液內(nèi)充入氧氣，3至5分鐘后計(jì)算機(jī)控制進(jìn)氣管的電磁閥關(guān)閉；
[0029] (5-4)計(jì)算機(jī)控制微量栗每隔時(shí)間T向工作電極滴下0. 05ml的奎寧溶液，當(dāng)?shù)瓮?300至350滴后計(jì)算機(jī)控制微量栗停止滴液；在滴液的同時(shí)，計(jì)數(shù)器采集振蕩回路的頻率響 應(yīng)曲線，計(jì)算機(jī)在頻率響應(yīng)曲線上采集若干個(gè)頻率值，將各個(gè)頻率值構(gòu)成頻率信號(hào)S(t);
[0030] (5-5)計(jì)算機(jī)中預(yù)設(shè)有二階線性隨機(jī)共振模型
1)，將S (t)輸入二階線性隨機(jī)共 振模型并使二階線性隨機(jī)共振模型共振；
[0031] 其中，x(t)是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移，Ω為角頻率，r和ω分別是設(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ξ 2α)的系數(shù)，ξ (t)為