一种用于直接电化学免疫传感器检测的电化学检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于移动医疗检测领域，尤其涉及一种用于直接电化学免疫传感器检测的电化学检测仪。
【背景技术】
[0002]疾病标志物是目前疾病诊断和治疗的重要生化指标，对其进行快速检测具有非常重要的意义。但是一些生化标志物，比如肿瘤标志物CEA, NSE, CY21，卵巢功能标志物LH、FSH和E2等在人体血液中含量极低，需要较高的检测灵敏度。目前检测主要采用免疫方法，比如免疫胶体金试条以及基于免疫生化检测仪的ELISA、化学发光、电化学发光等方法。其中胶体金试条基于免疫层析方法，结构简单，操作方便，价格低，但是由于采用免疫显色方法，为定性或半定量检测，灵敏度不高，无法满足定量检测需求。免疫生化检测仪可以实现多参数同时检测，检测灵敏度高，但是检测周期长，需样量大(采用静脉采血3-4ml)，且免疫分析仪多为大型仪器，价格高，适于医院的检验科或中心实验室，难以满足家庭、个人快速检测的需求。
[0003]微流控纸芯片以滤纸为基底材料，具有微流控芯片的功能，可以在一个芯片上完成加样、过滤、检测等功能，且结构简单、成本低廉、用样量少，可以实现生物分子的微量、多参数联合检测。2007年美国哈佛大学的Whitesides研究组研制出第一种用于生化样品检测的纸芯片，之后在芯片的制作方法、流体操控原理以及检测方法等方面进行了一系列开拓性工作。微流控纸芯片可以和不同检测方法结合形成不同检测原理、不同结构的检测装置，比如基于酶电化学方法的血糖、乳酸、胆固醇多参数检测纸芯片，基于免疫显色反应的尿液葡萄糖和蛋白质检测纸芯片，电致化学发光爆炸物检测纸芯片，电化学免疫肿瘤标记物检测纸芯片等。
[0004]免疫显色反应装置简单、结果直观，但是检测灵敏度不高，难以满足需求。化学发光方法检测灵敏度高，但是由于光强弱，需要高灵敏度的光学检测仪，仪器成本高难以小型化。电化学免疫检测方法结合了免疫分析和电化学检测的优点，利用免疫反应捕获待测物，通过电化学信号改变检测待测物浓度，具有检测装置简单，操作简便，灵敏度高等优点。电化学免疫分为直接法和间接法，其中，直接电化学免疫方法结合了免疫分析和电化学检测的优点，与间接电化学免疫方法相比，无需标记酶的二抗，操作更加简便。直接电化学免疫传感器采用三电极体系，在工作电极上修饰电子媒介体后固定捕获抗体形成生物敏感膜，当待测液体中的抗原和固定抗体结合后，会增大电极表面的电阻，降低电子转移率，电极表面电化学性质的改变与待测抗原浓度相关，通过电化学检测可以获得待测抗原的浓度信息。目前对直接电化学免疫传感器的检测主要是基于电化学工作站采用差分脉冲伏安法，缺乏携式的检测仪表，以及对检测方法的优化。专利CN201210585432.4介绍了一种基于三电极传感器和差分脉冲伏安法快速测定铅的方法，该发明的方法基于电化学工作站，不涉及检测仪表及检测方法的优化。专利CN201410802601.4介绍了一种提高电化学分析仪器测量精度的方法，该发明利用数据本身分段进行平滑处理，降低噪声提高检测精度，但该发明不是专门针对差分脉冲伏安法。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于，提供一种用于直接电化学免疫传感器检测的电化学检测仪，解决了目前直接电化学免疫传感器检测缺乏手持式可移动设备的问题，可以对多待测物同时进行检测，且能实现移动医疗功能。
[0007]( 二)技术方案
[0008]本发明提供一种用于直接电化学免疫传感器检测的电化学检测仪，直接电化学免疫传感器对待测物进行直接电化学免疫测试电化学检测仪包括:
[0009]多通路检测模块，用于对直接电化学免疫传感器上的电流进行检测，得到检测数据；
[0010]中央控制器，用于对检测数据进行运算处理，得到待测物浓度。
[0011](三)有益效果
[0012]本发明提供的微型化电化学检测仪携带方便，其多个检测电路可以对多待测物同时进行检测，且能实现移动医疗功能。另外，针对多通路检测需求，使多个检测电路共用同一对参比电极和对电极，这样可以减少输入的通路，检测电路更加简单；同时，针对传统的差分脉冲伏安法(DPV)进行了优化，提出了通过最小二乘拟合二次函数的方式，计算峰值电流。这种方法可以有效消除干扰，提高检测精度。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例提供的电化学检测仪的结构示意图。
[0014]图2是本发明实施例提供的多通路检测模块的电路图。
[0015]图3是本发明实施例提供的脉冲电压随时间变化的示意图。
[0016]图4是本发明实施例提供的差分脉冲曲线的示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供一种用于直接电化学免疫传感器检测的电化学检测仪，其包括多通路检测模块和中央控制器，其中，多通路检测模块对直接电化学免疫传感器上的电流进行检测，得到检测数据，中央控制器对检测数据进行运算处理，得到待测物浓度。本发明解决了目前直接电化学免疫传感器检测缺乏手持式可移动设备的问题，可以对多待测物同时进行检测，且能实现移动医疗功能。
[0018]根据本发明的一种实施方式，直接电化学免疫传感器用于对待测物进行直接电化学免疫测试，电化学检测仪包括:
[0019]多通路检测模块，用于对直接电化学免疫传感器上的电流进行检测，得到检测数据；
[0020]中央控制器，用于对检测数据进行运算处理，得到待测物浓度，其中，中央控制器内嵌有12位数字-模拟转换器(ADC)，ADC信号的接入方式采用的是四路单端输入，其检测精度可以达到1/212 = 0.24%。，能够满足实际检测对精度的需求。
[0021]根据本发明的一种实施方式，直接电化学免疫传感器包括对电极、参比电极及多个工作电极，其中，参比电极用于提供参比电压，在不同的工作电极上进行不同种类的待测物电化学免疫测试，对电极和每个工作电极之间形成有电流；
[0022]多通路检测模块包括工作电压发生电路和多个检测电路，其中，工作电压发生电路用于为对电极和参比电极提供参考电压，检测电路至少为3个，多个检测电路共用对电极和参比电极，并且，多个检测电路与所述多个工作电极--对应，以对工作电极上的电流进行检测，得到检测数据。
[0023]根据本发明的一种实施方式，工作电压发生电路包括数字-模拟转换器(DAC)和电压跟随器，其中，数字-模拟转换器可以是MAX5705，MAX5705正常工作时电源电流为155 μ A(典型值3V)，输出电压偏移误差为±0.5mV，电压跟随器可以由一个高精度电阻和一个运算放大器组成，数字-模拟转换器产生基准电压后，通过电压跟随器将基准电压施加于所述对电极和参比电极。
[0024]根据本发明的一种实施方式，检测电路包括基准电压芯片、转换电路和电压跟随器，多个转换电路和多个电压跟随器可共用一个基准电压芯片，其中:
[0025]基准电压芯片可以是LM4041，用于为检测电路提供基准电压；
[0026]转换电路与工作电极连接，转换电路可以由运算放大器和增益电阻实现，用于将工作电极的电流转化为电压，并将该电压提供给电压跟随器；
[0027]电压跟随器与中央控制器连接，主控制器根据ADC的多路信号分别进行运算处理。
[0028]根据本发明的一种实施方式，工作电压发生电路在参比电极上施加脉冲电压，其中，所述脉冲电压的电压值随时间增大；在脉冲电压的每个脉冲周期中，检测电路在脉冲周期前和脉冲周期后分别测量工作电极上的电流，并输出两个电流的电流差值给所述中央控制器；中央控制器将多个脉冲电压的电压值及多个电流差值采用最小二乘法进行二次拟合，得到差分脉冲曲线，其曲线方程为:
[0029]I = a*V2+b*V+c，
[0030]其中，I为电流差值，V为脉冲电压的电压值，a、b、c为曲线方程的系数；
[0031]根据差分脉冲曲线的峰值确定待测物浓度，其公式为:
[0032]P = AXImax+B，
[0033]其中，P为待测物浓度，1_为差分脉冲曲线的峰值，A、B为系数。本发明采用差分脉冲伏安法对传感器进行检测，差分脉冲伏安法是线性扫描伏安法和阶梯扫描伏安法的衍生方法，可以有效减小充电电流的影响。DPV由于降低了背景电流而具有更高的检测灵敏度和更低的检出限，同时，对差分脉冲伏安法进行了优化，通过最小二乘拟合二次函数的方式，计算峰值电流，可以有效消除干扰，提高检测精度。
[0034]根据本发明的一种实施方式，电化学检测仪还包括存储模块，用于存储所述系数A和系数B，其中，不同种类的待测物对应的系数不同，在对不同待测物进行检测时，中央控制器会调用该存储模块中对应的系数，以根据测得的电流峰值得到待测物浓度。
[0035]根据本发明的一种实施方式，根据不同浓度的待测物，获取对应差分脉冲曲线的峰值，并绘制出浓度-峰值曲线，再采用最小二乘法对所述浓度-峰值曲线进行一次方程线性拟合，得到系数A和系数B的值。
[0036]根据本发明的一种实施方式，电化学检测仪还包括无线传输模块，用于将待测物浓度的信息发送至移动终端，移动终端可以是智能手机、平板电脑等。
[0037]根据本发明的一种实施方式，电化学检测仪还包括显示模块，用于显示检测结果。
[0038]根据本发明的一种实施方式，电化学检测仪还包括按键输入模块，用于控制电化学检测仪进行检测、结果显示和数据发送。
[0039]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0040]图1是本发明实施例提供的电化学检测仪的结构示意图，如图1所示，电化学检测仪包括中央控制器、多通路检测模块、无线通信模块、显示模块、存储模块及按键输入模块。
[0041]多通路检测模块具有3个检测电路，可以同时检测3路电化学信号。电化学检测采用(对电极、参比电极和工作电极)三电极检测，传感器工作电极上发生还原反应，参比电极仅仅提供参比电极没有电流流过，反应电流产生于工作电极和对电极的回路中。三个检测电路共用同一对参比电极和对电极，这样可以减少输入的通路，检测电路更加简单。
[0042]图2是本发明实施例提供的多通路检测模块的电路图，如图2所示，多通路检测模块包括工作电压发生电路和检测电路，工作电压发生电路为对电极和参比电极提供参考电压，由一个低功耗数字-模拟转换器(DAC)MAX5705和一级电压跟随器组成，MAX5705是一个低功耗DAC芯片，内部具有2.5V高精度基准电压，具有12位带宽，可以实现212 = 4096级电压输出。MAX5705正常工作时电源电流为155 μ A(典型值3V)和输出电压偏移误