电化学检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电化学检测系统，包括：自参考微电极阵列，包括多个检测位点，配置为用于植入待检测部位，在同一个检测位点同时获取参考信号和电化学反应信号；电化学检测仪，连接所述自参考微电极阵列，用于同时检测多个检测位点的化学物质浓度变化，并输出数据。本发明专利技术可以解决神经科学研究中难以长时间连续检测脑内痕量神经递质快速释放的问题，为神经科学研究提供一种新的研究工具和手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学行业信号检测领域，尤其涉及一种电化学检测系统。
技术介绍
神经递质是一类在神经元化学突触间产生信号转导的特定化学物质，其于神经元内合成后，由突触前膜释放并立即与相应的突触后膜受体结合，以完成神经信息传递功能。神经递质与人类健康密切相关，而且在学习、记忆、神经元的可塑性、躯体运动以及大脑发育等机体生理功能的调节方面发挥重要作用。因此，开展活体脑内神经递质释放检测研究，对理解大脑运行机理、研究脑部疾病病因机制、药物治疗以及临床基础研究等方面均具有重要的意义。然而，由于神经递质通过突触前膜囊泡释放完成信息传递功能的过程中，释放的神经递质微量乃至痕量，并且，神经递质囊泡释放非常快速，通常是ms级，加之活体脑内检测环境复杂，基线电流大，现有神经递质检测技术还无法满足对活体神经递质释放进行长时间连续检测的需求。如图1所示为目前应用最广泛的活体神经递质检测技术。图1(a)显示了电化学快速扫描循环伏安法的扫描检测原理，即在一个大于100V/s的扫速下，周期性地在电极上施加三角波电压，同时每个周期都在被检测物质的氧化电位上测量电流。作为一种可用于在线检测脑内化学物质的电化学扫描技术，它的突出优点是对被检测物有富集作用，可以提高检测电流的大小，并且能够将检测速度提高到亚秒级。然而，由于快速扫描循环伏安法的背景电流偏移，使其还不能用于长时间连续监测被测物的浓度变化，更为重要的是，基于现有的各种电化学分析设备，该方法的检测时间分辨率也还无法达到ms量级。图1(b)显示了微透析取样电化学分析法的工作示意图，它的原理就是将透析探针植入感兴趣的脑区，用泵将灌注液泵入小分子能在其中交换的透析膜中，而后将透析液移出到体外电化学分析设备中进行分析。这种方法具有很好的化学分辨性，可实现多种组分的连续检测。然而，由于受限于透析膜的扩散速度，微透析检测分析时间分辨率在min量级，还无法用于ms量级的神经递质囊泡释放事件的在线检测。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种电化学检测系统，为神经科学研究提供一种新的研究工具和手段。(二)技术方案本专利技术提供一种电化学检测系统，包括：自参考微电极阵列，包括多个检测位点，配置为植入待检测部位，在同一个检测位点同时获取参考信号和电化学反应信号；电化学检测仪，连接所述自参考微电极阵列，用于同时检测多个检测位点的化学物质浓度变化，并输出数据。进一步的，所述自参考微电极阵列，每个检测位点都由两个临近的对称的电极组成，其中，一个为参考电极，检测环境电流，另一个为工作电极，检测工作电流，所述对称的电极的差值构成电化学反应电流，实现自参考检测。进一步的，所述电化学检测仪，包括：电流检测单元，连接自参考微电极阵列的参考电极和工作电极，用于检测电化学反应电流；双电压恒电位调理输出单元，连接电化学参比电极和对电极，用于输出自参考微电极阵列的参考电极和工作电极所需的工作电位。进一步的，所述电流检测单元，利用自参考检测技术，同时对参考电极和工作电极输入的电流信号进行电流电压转换。进一步的，所述电流检测单元，利用多级放大技术，分别在电流电压转换级、差分放大级等各级对信号进行放大。进一步的，所述电流检测单元，利用高频补偿技术，补偿电流电压转换部分反馈电阻对信号带宽的限制。进一步的，所述双电压恒电位调理输出单元，对输入的电压波形进行调理，为电化学反应提供恒电位仪，并实现共用参比电极和对电极的功能，同时将参考电位和工作电位分别施加到参考电极和工作电极。进一步的，系统还包括：多通道电化学处理器，通过USB接口与电化学检测仪进行数据通信，用于接收所述数据，进行人机交互、电化学参数设置以及多通道电化学数据同步处理、显示和/或分析功能。进一步的，电化学检测仪还包括：数据采集单元，用于采集电流检测单元输出的信号，同时采集双电压恒电位调理输出单元施加的电位；电压生成单元，用于生成电化学反应所需的电压波形；中央控制单元，与仪器的各个部分相连，用于完成协调控制多通道同步检测及检测数据的预处理等功能，并完成与多通道电化学软件的数据通信；供电电源，与仪器的各个部分相连，用于为整个仪器提供稳定的低噪声直流电源。(三)有益效果从上述技术方案可知，本专利技术电化学检测系统具有以下有益效果：(1)本专利技术电化学检测系统所包含的电流检测单元，利用自参考检测、多级放大、高频补偿等技术，能够实现在高精度条件下，同时高速度检测电化学反应产生的电流，能解决活体痕量神经递质快速释放检测时，面临的高精度检测时难以实现快速检测的问题；(2)本专利技术电化学检测系统所包含的自参考微电极阵列，结合电流检测单元的自参考检测技术，能够在信号检测的源头通过自参考的方式尽量消除检测环境的基线电流的影响，并且能适应基线电流的波动，实现高精度获取痕量神经递质，同时解决活体神经递质释放难以实现长时间连续检测问题。附图说明图1(a)和1(b)分别为现有常用活体神经递质在线检测技术的微透析取样电化学分析法的工作示意图和微透析取样电化学分析法的工作示意图；图2为本专利技术实施例电化学检测系统示意图；图3为本专利技术实施例电化学检测系统中电流检测单元和双电压恒电位调理输出单元结构示意图；图4为本专利技术实施例电化学检测系统中自参考微电极阵列的制备流程图；图5为本专利技术实施例电化学检测系统中自参考微电极阵列的修饰方案图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，实施例以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。在本专利技术的一个示例性实施例中，提出了一种电化学检测系统。图2为本专利技术实施例电化学检测系统示意图。如图2所示，本实施例电化学检测系统，由检测电极、检测仪器和包含上位机软件的处理器组成，包括：自参考微电极阵列、电化学检测仪和含多通道电化学软件的处理器。其中，自参考微电极阵列，植入待测部位，能在同一个检测位点同时获取参考信号和电化学反应信号，并将检测的信号传输给电化学检测仪；电化学检测仪，由电流检测单元、双电压恒电位调理输出单元、高速数据采集单元、精密电压生成单元、中央控制单元和精密供电电源等组成，能同时检测多个位点的化学物质浓度变化；多通道电化学软件，用于完成人机交互、电化学参数设置以及多通道电化学数据同步处理、显示、分析等功能。以下分别对各个组成部分进行详细说明。本专利技术实施例电化学检测系统中电化学检测仪的结构如图2所示，采用多通道设计。其中，高速数据采集单元，由中央控制单元控制，同步采集4个电化学检测通道输出的信号，并同时采集双电压恒电位调理输出单元施加的电位；精密电压生成单元，由中央控制单元控制，同时为4个电化学检测通道独立地提供电化学反应所需的精密电压波形；中央控制单元，是整个仪器的中枢，与仪器的各个部分相连，完成对多通道的协调控制、同步及检测数据的预处理等功能，并实现与多通道电化学软件的数据通信；精密供电电源，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学检测系统，其特征在于，包括：自参考微电极阵列，包括多个检测位点，配置为植入待检测部位，在同一个检测位点同时获取参考信号和电化学反应信号；电化学检测仪，连接所述自参考微电极阵列，用于同时检测多个检测位点的化学物质浓度变化，并输出数据。

【技术特征摘要】
1.一种电化学检测系统，其特征在于，包括：自参考微电极阵列，包括多个检测位点，配置为植入待检测部位，在同一个检测位点同时获取参考信号和电化学反应信号；电化学检测仪，连接所述自参考微电极阵列，用于同时检测多个检测位点的化学物质浓度变化，并输出数据。2.根据权利要求1所述的电化学检测系统，其中，所述自参考微电极阵列，每个检测位点都由两个临近的对称的电极组成，其中，一个为参考电极，检测环境电流，另一个为工作电极，检测工作电流，所述对称的电极的差值构成电化学反应电流，实现自参考检测。3.根据权利要求2所述的电化学检测系统，其中，所述电化学检测仪，包括：电流检测单元，连接自参考微电极阵列的参考电极和工作电极，用于检测电化学反应电流；双电压恒电位调理输出单元，连接电化学参比电极和对电极，用于输出自参考微电极阵列的参考电极和工作电极所需的工作电位。4.根据权利要求3所述的电化学检测系统，其中，所述电流检测单元，利用自参考检测技术，同时对参考电极和工作电极输入的电流信号进行电流电压转换。5.根据权利要求3所述的电化学检测系统，其中，所述电流检测单元，利用多级放大技术，分别在电流电压转换级、差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐声伟，蔡新霞，刘军涛，王蜜霞，宋轶琳，罗金平，徐辉任，肖桂花，张松，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11