一种基于智能手机的高通量电化学分析系统技术方案

本工作拟研发了一个低成本的基于智能手机高通量电化学的酶标仪，这种酶标仪是使用3D打印的96孔板结合电极阵列组成。电化学激发的电极表面的发光分子，通过96根光纤采集光的信号。捕获的光纤束图片通过手机软件传输到我们的服务器，产生诊断的结果。项目主要内容为：重点设计微生物抗体功能化的磁性材料与传感器响应材料识别机制和反应动力学，考察这些识别响应的功能模块在微生物快速检测和微生物即时表达分析中作用规律，设计研发基于云服务的智能手机数据采集和分析软件。本工作创新性体现在：基础研究水平上揭示电化学激发的活性分子与微生物作用关系，总结高通量电化学微生物分析仪与不同微生物作用的规律。

A high throughput electrochemical analysis system based on smart phone

A low cost, smart, high-throughput electrochemical microplate reader based on a 3D printed 96 hole plate binding electrode array will be developed. Electrochemically excited light emitting molecules on the electrode surface that collect light signals through 96 fibers. Captured fiber bundle pictures are transmitted to our servers via mobile software to produce diagnostic results. The main content of project: material identification mechanism and kinetic response of magnetic materials and sensors focus on the design of microbial functional antibody, investigate the function module identification response in the analysis of the instant expression of microbial rapid detection and microorganism, design and development of cloud services based on intelligent mobile phone data acquisition and analysis software. The innovation of this work is as follows: on the basis of basic research level, we reveal the relation between active molecules and microorganisms, and summarize the rules of high throughput electrochemical microbiological analyzer with different microorganisms.

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能手机的高通量电化学分析系统
本专利技术设计一种基于智能手机的高通量电化学分析系统。
技术介绍
酶标仪是对酶联免疫检测实验结果进行读取和分析的专业仪器。近几年，由于大量的酶联免疫检测试剂盒的应用，使得酶标仪在医疗领域中应用越来越广泛，促进了健康技术水平提高。在加州大学洛杉矶分校电子工程系AydoganOzcan教授实验室前期研发的基于光学分析的智能手机酶联免疫分析系统的基础之上，但这种方法受到背景光源的影响，导致其检测线相对较低。作为访问学者在其实验室研发了一个基于电化学驱动的智能手机酶联免疫分析仪（YiWan,QingshanWei,AydoganOzcan,Z.Gorocs,B.Berg,andWeiLuo.,SmartPhone-basedPoint-of-CareTestingofElectrochemical-drivenEnzyme-LinkedImmunosorbentAssayswithSmartPhone，Angew.Chem.Int.Ed.,2016,inRevised）。这种方法使用磁铁把磁珠负载在96孔板金电极（ACEABiosciences,Inc.）表面，施加2.0V电压激发磁珠表面修饰的Ru(pby)32+与三乙胺分子产生620nm的红光。这种酶标仪是使用3D打印的96孔板结合光纤阵列组成，通过96根光纤采集光的信号。捕获的光纤束图片通过手机软件处理和分析产生诊断的结果。本项工作通过电化学方法激发产生光信号，无任何背景光源，其检测线比前者高一个数量级。标准的酶联免疫反应广泛的用语各种纳米医学、分子响应和疾病诊断。这种基于多孔平板的分析技术能够显著降低分析诊断的成本。对于资源贫困地区和不发达国家来说，大型的贵重仪器的使用受到制约。为了解决这个问题，研发了一个手执和低成本的基于智能手机的酶标仪，这种酶标仪是使用3D打印的96孔板结合多通道电极阵列组成。用电化学方法激发每根电极信号，通过96根光纤采集光的信号。捕获的光纤束图片通过手机软件传输到我们的服务器，产生诊断的结果。我们成功在临床微生物实验室测试了多种微生物等样品，并且获得95%准确度。这种低成本的手执式平台能够帮助高通量的分析医疗诊断，并提供在线的便携式诊断。将待测标本与包被抗体的顺磁性微粒和发光剂标记的抗体加在反应杯中共同温育，形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。当磁性微粒流经电极表面时，被安装在电极下的磁铁吸引住。同时在电极加电压，启动电化学发光反应，使发光试剂标记物和三乙胺在电极表面进行电子转移，产生电化学发光。用手机的摄像头拍照获得相关的实验结果。基于智能手机的电化学方法能够得到简化并且显著降低仪器价格，这种技术在医疗健康、农业、军事等方面能够得到广泛的应。如测试实验数据能够与云服务器直接联系起来，这样世界各地的专家能够为个人化测试和诊断提供支持和帮助。为了让电化学测量技术得到广泛应用和普及，电化学分析方法必须操作简单、测试成本低、且能够与智能手机通讯技术连接起来。
技术实现思路
一种基于智能手机的高通量电化学分析系统，其特征在于：包括外壳，设置在外壳顶部的智能手机，该装置可以培育1-384个微生物样品，设置在外壳上的显示面板，状态指示灯。所述外壳内设置有工作电源模块，所述电源模板包含电源滤波器和降压稳压器。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统的外壳内设置有微控制处理器采集和处理相关的光电管获取的数据，及把采集处理的数据传输到智能手机应用软件。配置六个数字输入/输出通道来操控外在的数模转换器和模数转换器，并设定一个数字输出通道来传输基于频移键控的数据。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置有温度传感器器和温度传感器反馈电路。所述的温度传感器反馈电路用于调节微生物测量仪内部的温度平衡，为了在特定的条件下培育相关的微生物。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统的外壳内设置有电化学电位仪和光纤通道。所述的电化学电位仪作为信号激发光源，光纤通道用来探测传感器表面信号变化。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置有无线网卡，用于传输采集的温度、微生物浓度、测定时间等相关信息和参数。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置可充电锂离子电池，为无电源环境提供在线分析。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置集成运放阵列，用于运放三路电极的弱电压信号。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置单片机，单片机用于用于运放三路电极的弱电压信号的模数转换及获取转换后的三路电极的弱电压信号根据算法等到的微生物浓度值。如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述一次性使用的含有传感器的微生物电极检测板，一次性微生物测试板中含有特定微生物选择性培养。附图说明图1至于智能手机的高通量电化学分析系统内部结构图图2基于智能手机高通量的示意图图3：硫酸盐还原菌检测的标准曲线图4：大肠杆菌检测的标准曲线图5：金黄色葡萄球菌检测的标准曲线图6：沙门杆菌检测的标准曲线具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1：硫酸盐还原菌的检测：将待测硫酸盐还原菌与包被抗体的顺磁性微粒和发光剂标记的硫酸盐还原菌抗体加在反应杯中共同温育，形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。当磁性微粒流经电极表面时，被安装在电极下的磁铁吸引住。同时在电极加电压，启动电化学发光反应，使发光试剂标记物和三乙胺在电极表面进行电子转移，产生电化学发光。实验中用到的微生物利用溶菌肉汤（蛋白胨1%，氯化钠1%，酵母膏0.5%，水100mL）悬浮培养，单个菌落于30℃，200转摇床条件下过夜培养后4500转/分离心十分钟，并用PBS缓冲溶液稀释到不同浓度。将100µL浓度（10cfuml-1）硫酸盐还原菌菌液加入到包被抗体的顺磁性微粒,并于37°C反应30分钟，磁分离清洗，再加入电化学发光试剂标记微生物抗体孕育1小时，形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。当磁性微粒流经电极表面时，被安装在电极下的磁铁吸引住。同时在电极加电压，启动电化学发光反应，使发光试剂标记物和三乙胺在电极表面进行电子转移，产生电化学发光。用手机的摄像头拍照获得相关的实验结果。信号。将100µL浓度（102cfuml-1）硫酸盐还原菌菌液加入到包被抗体的顺磁性微粒,并于37°C反应30分钟，磁分离清洗，再加入电化学发光试剂标记微生物抗体孕育1小时，形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。当磁性微粒流经电极表面时，被安装在电极下的磁铁吸引住。同时在电极加电压，启动电化学发光反应，使发光试剂标记物和三乙胺在电极表面进行电子转移，产生电化学发光。用手机的摄像头拍照获得相关的实验结果。将100µL浓度（103cfuml-1）硫酸盐还原菌菌液加入到包被抗体的顺磁性微粒,并于37°C反应30分钟，磁分离清洗，再加入电化学发光试剂标记微生物抗体孕育1小时，形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。当磁性微粒流经电极表面时，被安装在电极下的磁铁吸引住。同时在电极加电压，启动电化学发光反应，使发光试剂标记物和三乙胺在电极表面进行电子转移，产生电化学发光。用手机的摄像头拍照获得相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能手机的高通量电化学分析系统，其特征在于：包括外壳，设置在外壳顶部的智能手机，该装置可以培育1‑384个微生物样品，设置在外壳上的显示面板，状态指示灯；所述外壳内设置有工作电源模块，所述电源模板包含电源滤波器和降压稳压器。

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机的高通量电化学分析系统，其特征在于：包括外壳，设置在外壳顶部的智能手机，该装置可以培育1-384个微生物样品，设置在外壳上的显示面板，状态指示灯；所述外壳内设置有工作电源模块，所述电源模板包含电源滤波器和降压稳压器。2.如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统的外壳内设置有微控制处理器采集和处理相关的光电管获取的数据，及把采集处理的数据传输到智能手机应用软件；配置六个数字输入/输出通道来操控外在的数模转换器和模数转换器，并设定一个数字输出通道来传输基于频移键控的数据。3.如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统所述的外壳内设置有温度传感器器和温度传感器反馈电路；所述的温度传感器反馈电路用于调节微生物测量仪内部的温度平衡，为了在特定的条件下培育相关的微生物。4.如权利1中智能手机的高通量电化学分析系统的外壳内设置有电...

【专利技术属性】
技术研发人员：万逸，周腾，许强，刘春胜，葛鉴，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南,46