一种电化学分析检测装置及控制方法

本发明属于电化学检测，尤其涉及一种电化学分析检测装置及控制方法。

背景技术：

1、根据世界卫生组织(who)和国际癌症研究机构(iarc)的数据，2022年全球新增癌症病例约为2000万例，死亡病例约为970万例。全球大约有近20亿人患有贫血，约占世界人口的25％，其中非洲的儿童和育龄妇女占比最高(67.6％)，被认为是影响发达国家和发展中国家的世界性健康问题。疾病早期筛查是现代预防医学中的重要环节，对提高疾病治愈率和降低死亡率具有显著作用。ctdna可以作为血液活检标志物，在恶性肿瘤的早期诊断、疗效监测和预后评估中发挥重要作用。

2、与传统的光学、质谱和免疫等疾病检测方法相比，电化学检测方法具有多方面优势：首先在灵敏度方面，电化学检测方法可实现pm甚至fm的检测限，能够有效捕捉疾病早期的微量生物标志物变化；其次在特异性方面，电化学检测方法在复杂样品中(如血液)仍能有效区分目标物质，无需繁琐的前处理步骤，有较强的抗干扰能力；第三在检测速度上，通常只需几分钟到几十分钟即可获得结果，能够很好地满足即使诊断的需求；最后在广泛适用性上，电化学方法不仅适用于病毒检测，也可用于细菌、肿瘤标志物等多种疾病的检测，其灵活性和适应性使其能够满足不同类型疾病的诊断需求。

3、恒电位仪是进行伏安法和电化学阻抗谱等电化学检测方法的关键仪器。不幸的是，实验室级的恒电位仪一般体积庞大，难以运输到偏远地区，也非常昂贵。这两个因素使得实验室级恒电位仪不适合在资源有限的地区使用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种电化学分析检测装置，通过将多种电化学检测方法的控制逻辑集成在同一套硬件上，通过简单地更换电极以及设置检测指标即可完成对不同指标的检测任务，操作简单，便携经济，降低了电化学分析仪的使用门槛和制造成本。

3、本发明所采用的第一技术方案是：

4、一种电化学分析检测装置，其特征在于，包括输入输出模块、核心控制模块、输入信号生成模块、恒电位模块、电极模块、电解池以及信号转换模块，所述输入输出模块、所述输入信号生成模块以及所述信号转换模块均与所述核心控制模块连接，所述输入信号生成模块、所述电极模块、所述电解池以及所述信号转换模块均与所述恒电位模块连接，所述信号转换模块和所述电极模块均与所述电解池连接，所述输入输出模块用于获取待检测指标，所述核心控制模块用于根据所述待检测指标控制所述输入信号生成模块生成激励信号，所述恒电位模块用于根据所述激励信号控制所述电极模块的电位，所述电极模块用于与待测样品进行电化学反应，生成第一电流响应信号，所述电解池用于容纳所述电极模块和所述待测样品，提供电化学反应场所，所述信号转换模块用于对所述激励信号和所述第一电流响应信号进行采样和转换，生成数字信号，所述核心控制模块还用于根据所述数字信号和所述激励信号生成第一检测结果。

5、进一步，所述待检测指标为循环肿瘤基因浓度、红细胞压积以及氢离子浓度中的一种。

6、进一步，所述激励信号为循环方波电压信号、交流激励信号以及零电位信号中的一种。

7、进一步，所述电极模块包括金电极、氯化银电极、铂片电极以及氢离子选择性电极。

8、进一步，所述信号转换模块包括同步采样子模块、电流-电压转换子模块、模数转换器以及同步采样模数转换器，所述数字信号包括数字响应信号和同步采样数字响应信号。

9、进一步，所述氢离子选择性电极通过以下步骤制备：

10、选择商用金属电极作为基底电极，对所述商用金属电极进行预处理；

11、通过苯胺单体、过硫酸铵、聚乙烯醇和硫酸溶液制备聚苯胺导电中间膜溶液；

12、通过环己酮、癸二酸二辛酯、四(4-氯苯基)硼酸钾、羧基聚氯乙烯和氢离子载体制备离子敏感膜溶液；

13、将所述聚苯胺导电中间膜溶液涂覆于所述商用金属电极表面，形成导电中间层；

14、将所述离子敏感膜溶液涂覆于所述导电中间层表面，形成敏感膜层，得到所述氢离子选择性电极。

15、进一步，所述待检测指标为所述循环肿瘤基因浓度，通过以下步骤得到第二检测结果：

16、通过所述核心控制模块控制所述输入信号生成模块生成所述循环方波电压信号；

17、将所述金电极作为工作电极，将所述氯化银电极作为参比电极并且将所述铂片电极作为对电极；

18、通过所述恒电位模块根据所述循环方波电压信号控制所述金电极和所述氯化银电极的电位；

19、通过所述金电极产生所述第二电流响应信号；

20、通过所述电流-电压转换子模块将所述第二电流响应信号转换为第一电压响应信号；

21、通过所述模数转换器将所述第一电压响应信号转换为第一数字响应信号；

22、通过所述核心控制模块根据所述第一数字响应信号和所述循环方波电压信号绘制伏安曲线，通过预设的第一拟合模型计算所述伏安曲线中的峰值电流与所述循环肿瘤基因浓度的关系，得到所述第二检测结果。

23、进一步，所述待检测指标为所述红细胞压积，通过以下步骤得到第三检测结果：

24、通过所述核心控制模块控制所述输入信号生成模块生成所述交流激励信号；

25、将所述金电极作为工作电极，将所述氯化银电极作为参比电极并且将所述铂片电极作为对电极；

26、通过所述恒电位模块根据所述交流激励信号控制所述金电极和所述氯化银电极的电位；

27、通过所述金电极产生所述第三电流响应信号；

28、通过所述电流-电压转换子模块将所述第三电流响应信号转换为所述第二电压响应信号；

29、通过所述同步采样子模块采集所述交流激励信号和所述第二电压响应信号的幅值和相位；

30、通过所述同步采样模数转换子模块将所述交流激励信号和所述第二电压响应信号的幅值和相位转换为所述同步采样数字响应信号；

31、通过所述核心控制模块根据所述同步采样数字响应信号绘制阻抗谱曲线，根据预设的第二拟合模型计算所述阻抗谱曲线与所述红细胞压积的关系，得到所述第三检测结果。

32、进一步，所述待检测指标为所述氢离子浓度，通过以下步骤得到第四检测结果：

33、通过所述核心控制模块控制所述输入信号生成模块生成所述零电位信号；

34、将所述氢离子选择性电极作为工作电极并且将所述氯化银电极作为参比电极；

35、通过所述恒电位模块根据所述零电位信号控制所述氢离子选择性电极和所述氯化银电极的电位；

36、将所述氢离子选择性电极和所述氯化银电极之间的开路电位作为所述第四电流响应信号；

37、通过所述电流-电压转换子模块将所转换为所述第四电流响应信号转换为第三电压响应信号；

38、通过所述模数转换器将所述第三电压响应信号转换为第二数字响应信号；

39、通过所述核心控制模块根据预设的第三拟合模型计算所述第二数字响应信号和所述氢离子浓度的关系，得到所述第四检测结果。

40、本发明所采用的第二技术方案是：

41、一种电化学分析检测装置的控制方法，用于通过上述的电化学分析检测装置实现，包括以下步骤：

42、通过所述输入输出模块获取待检测指标；

43、通过所述核心控制模块根据所述待检测指标控制所述输入信号生成模块生成激励信号；

44、通过所述恒电位模块根据所述激励信号控制所述电极模块的电位；

45、通过所述电极模块与待测样品进行电化学反应，生成第一电流响应信号；

46、通过所述电解池容纳所述电极模块和所述待测样品，提供电化学反应场所；

47、通过所述信号转换模块对所述激励信号和所述第一电流响应信号进行采样和转换，生成数字信号；

48、通过所述核心控制模块根据所述数字信号和所述激励信号生成第一检测结果。

49、本发明的有益效果是：本发明通过将循环伏安法、电化学阻抗谱法以及开路电位法这三种电化学检测方法的控制逻辑集成在同一套硬件上，通过简单地更换电极以及设置检测指标即可完成对不同指标的检测任务，操作简单，便携经济，降低了电化学分析仪的使用门槛和制造成本；同时，本发明还通过设计了一种低成本氢离子选择性电极的制备方法，进一步降低了该装置的制造成本；此外，本发明检测内容的范围覆盖癌症早筛(ctdna)、血液健康(hct)和酸碱平衡(ph)，能够在多种环境中广泛应用，尤其是在资源有限的地区，能够进行快速、有效的疾病早期筛查，提升了公共卫生监测能力，也为早期干预和治疗提供了可能，从而有助于改善患者预后，降低医疗成本。