便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统及方法，包括：相互电连接的微流控纸芯片免疫传感器和传感后端信号处理模块；微流控纸芯片免疫传感器包括自上而下依次设置的环形过滤膜、进样孔和检测区；所述进样孔周围连接若干微流控沟道，检验样本经过环形过滤膜后进入微流控沟道，自微流控沟道流入进样孔，通过进样孔进入检测区；检测区采用三电极体系，其中，工作电极和对电极采用导电碳浆，参比电极采用银/氯化银浆。通过微流控传感芯片，可以进行不同癌症蛋白抗原的定量高灵敏检测，具有不同癌症蛋白或多肽分子的场景普适应用价值。

【技术实现步骤摘要】
便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统及方法
本专利技术涉及微量癌症生物传感检测集成
，尤其涉及一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统及方法。
技术介绍
肺癌是常见的恶性肿瘤之一，肺癌早期及时发现、诊断和治疗肺癌有着很大的实际价值。利用肿瘤蛋白标志物和多肽癌症标志物的检测，需要提供满足目前可穿戴应用、移植到终端设备的目的。现有的生物传感检测集成系统，不能满足设备微型化、器件高度集成化、系统便携化学、智能化检测的需求。传统方法肿瘤标志物的电化学免疫分析方法检测血清用量少、分析时间短、成本低、准确性和精确度高、操作简便、重复性好，非常适用于现场快速检测。但是，传统的肿瘤标志物进行电化学免疫检测主要采用大型的电化学工作站，此类型仪器检测精度高，但成本昂贵，仪器体积大，不便于携带，不便于集成到微型仪器中。传统方法利用电化学免疫分析方法利用购买的不同厂家的小芯片，比如：小信号放大器、ADC模拟到数字转换器、信号处理器等集成到一个PCB电路板上，均不能满足传感后信号处理部分单芯片集成的目的。因此迫切需要一款高度集成的传感后端微型芯片系统。现有技术利用电容生物传感器与大体积的传感后端信号处理系统癌变细胞早期快速便携检测，但是其不具备现有技术的集成生物传感芯片的生物识别系统中，其MEMS器件基底为硅，玻璃等，成本高，并且传感后端检测装置集成化程度低，体积较大。因此，现有技术不能解决多参数定量癌症标志物蛋白、多肽分子的高灵敏特异检测，也不能解决传感后端电路系统单芯片高度集成等问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统及方法，该系统可以进行癌症蛋白高灵敏度特异可穿戴应用，并且整个系统具备多参数检测平台，具有高度集成、可靠性高、体积小、功耗低、待机时间长等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：在一个或多个实施方式中公开的便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，包括：相互电连接的微流控纸芯片免疫传感器和传感后端信号处理模块；所述微流控纸芯片免疫传感器包括自上而下依次设置的环形过滤膜、进样孔和检测区；所述进样孔周围连接若干微流控沟道，检验样本经过环形过滤膜后进入微流控沟道，自微流控沟道流入进样孔，通过进样孔进入检测区；所述传感后端信号处理模块单芯片集成，为微流控纸芯片免疫传感器检测提供DPV检测电压，并且根据微流控纸芯片免疫传感器上产生的电化学电流信号，自动计算出肿瘤标志物的浓度。进一步地，在工作电极上面修饰金纳米/硫堇/石墨烯纳米复合膜；通过金纳米与蛋白质的氨基作用，将不同抗体固定在工作电极上。进一步地，所述传感后端信号处理模块包括：依次连接的处理器、数模转换电路和DPV工作波形产生电路；工作电极与DPV工作波形产生电路和电流/电压转换电路分别连接，电流/电压转换电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接处理器。进一步地，处理器产生数字DPV检测电压，数模转换电路将所述数字DPV检测电压转换为模拟信号送入DPV工作波形产生电路，DPV工作波形产生电路将模拟检测电压信号施加到微流控纸芯片免疫传感器的各个电极端，在电压作用下微流控纸芯片免疫传感器上产生电化学电流信号；所述电化学电流信号通过电流/电压转换电路转换为电压信号，所述电压信号经过模数转换电路后送入处理器，处理器根据已经标定的电流与浓度之间的校正方程自动计算出肿瘤标志物的浓度。进一步地，所述DPV工作波形产生电路利用跨导运算放大器设计成电压跟随器为电化学检测参比电极提供不受电化学电流影响的工作电位，并且这个电压仅受处理器控制。进一步地，降低微流控纸芯片免疫传感器中工作电极的输出阻抗，提高电流/电压转换电路的输入阻抗，以提高微流控纸芯片免疫传感器感知的微弱电流转换效率。进一步地，在处理器、数模转换电路以及DPV工作波形产生电路中，基于噪声优先优化的策略，降低DPV工作波形产生电路内部的低频闪烁噪声、差分输入失调噪声以及带外噪声；降低数模转换电路的失配噪声，并且将处理器部分与数模转换电路中的数字信号部分单独隔离，以减少数字部分对模拟部分的噪声耦合。在一个或多个实施方式中公开的一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测方法，包括：检验样本经过过滤后进入微流控纸芯片免疫传感器的样本检测区域；样本检测区域的抗体与检验样本的抗原高特异性结合产生电场变化，阻碍了电活性物质向电极表面的扩散，使得检测到的电流减小，从而使待测抗原浓度与检测到电流的大小成反比关系；对待测抗原浓度与检测电流大小之间的关系进行标定；产生数字DPV检测电压信号，所述数字DPV检测电压信号经过数模转换后，将模拟电压施加到微流控纸芯片免疫传感器的各个电极端；在电压作用下微流控纸芯片免疫传感器上产生电化学电流信号；将电化学电流信号转换为电压信号，根据已经标定的电流与浓度之间的校正方程自动计算出肿瘤标志物的浓度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)传感器利用纸免疫传感微流控技术，把传感后端信号处理电路集成到一个IC芯片上，集成检测系统体积与质量都很小，方便穿戴场景使用。(2)通过微流控传感芯片，可以进行不同癌症蛋白抗原的定量高灵敏检测，具有不同癌症蛋白或多肽分子的场景普适应用价值。(3)微流控纸芯片免疫传感器后端处理集成单芯片系统，可实现微弱电信号芯片一体化放大、转换、量化、算法换算与修正，功耗、噪声与系统可靠性均得到优化。(4)通过环形过滤膜把一些干扰大分子过滤掉，然后通过多分支微流控通道均匀到达进样孔位置，进而进入检测区域，能够充分过滤掉干扰因素，提高检测精度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统示意图；图2(a)为微流控纸芯片免疫传感器结构示意图；图2(b)为微流控纸芯片免疫传感器三电极系统结构示意图；图3为传感后端信号处理模块的处理流程图；图4为DPV电压波形生成电路图；图5为电流/电压转换电路图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在一种或多种实施方式中公开的一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，如图1所示，包括：相互电连接的微流控纸芯片免疫传感器和传感后端信号处理模块；其中微流控纸芯片免疫传感器结构如图2所示，包括自上而下依次设置的环形过滤膜、进样孔和检测区；进样孔周围连接若干微流控沟道，检验样本经过环形过滤膜后进入微流控沟道，自微流控沟道流入进样孔，通过进样孔进入检测区；检测区采用三电极体系，其中，工作电极和对电极采用导电碳浆，参比电极采用银/氯化银浆。三电极体系包括两个工作回路：(1)电压极化回路(由工作电极和参比电极构成，实现控制或监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，其特征在于，包括：相互电连接的微流控纸芯片免疫传感器和传感后端信号处理模块；所述微流控纸芯片免疫传感器包括自上而下依次设置的环形过滤膜、进样孔和检测区；所述进样孔周围连接若干微流控沟道，检验样本经过环形过滤膜后进入微流控沟道，自微流控沟道流入进样孔，通过进样孔进入检测区；所述传感后端信号处理模块单芯片集成，为微流控纸芯片免疫传感器检测提供DPV检测电压，并且根据微流控纸芯片免疫传感器上产生的电化学电流信号，自动计算出肿瘤标志物的浓度。

【技术特征摘要】
1.便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，其特征在于，包括：相互电连接的微流控纸芯片免疫传感器和传感后端信号处理模块；所述微流控纸芯片免疫传感器包括自上而下依次设置的环形过滤膜、进样孔和检测区；所述进样孔周围连接若干微流控沟道，检验样本经过环形过滤膜后进入微流控沟道，自微流控沟道流入进样孔，通过进样孔进入检测区；所述传感后端信号处理模块单芯片集成，为微流控纸芯片免疫传感器检测提供DPV检测电压，并且根据微流控纸芯片免疫传感器上产生的电化学电流信号，自动计算出肿瘤标志物的浓度。2.如权利要求1所述的一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，其特征在于，在工作电极上面修饰金纳米/硫堇/石墨烯纳米复合膜；通过金纳米与蛋白质的氨基作用，将不同抗体固定在工作电极上。3.如权利要求1所述的一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，其特征在于，所述传感后端信号处理模块包括：依次连接的处理器、数模转换电路和DPV工作波形产生电路；工作电极与DPV工作波形产生电路和电流/电压转换电路分别连接，电流/电压转换电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接处理器。4.如权利要求3所述的一种便携式微量癌症抗原多参量定量传感检测系统，其特征在于，处理器产生数字DPV检测电压，数模转换电路将所述数字DPV检测电压转换为模拟信号送入DPV工作波形产生电路，DPV工作波形产生电路将模拟检测电压信号施加到微流控纸芯片免疫传感器的各个电极端，在电压作用下微流控纸芯片免疫传感器上产生电化学电流信号；所述电化学电流信号通过电流/电压转换电路转换为电压信号，所述电压信号经过模数转换电路后送入处理器，处理器根据已经标定的电流与浓度之间的校正方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建辉，李登旺，李田来，潘杰，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37