一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路技术

本发明专利技术涉及一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路，本发明专利技术通过电极表面修饰的化学材料制成电化学生物传感器，对分析物进行特异性识别，设计检测电路，采集电极的识别信号进行定量和定性分析，并提供分析数据上传功能，通过蓝牙协议将采集的数字信号发送至手机app，处理数据得出差分脉冲伏安的检测结果，汇总之后通过MQTT协议发送至PC服务器，在PC端进行数据的整合和存储。本发明专利技术具有操作简单、检测快速、灵敏度高的优点。本发明专利技术利用电化学检测技术能够解决循环肿瘤基因浓度检测仪器体积大、检测过程操作复杂、检测速度慢的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路


[0001]本专利技术涉及电化学检测仪领域，尤其涉及一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路。

技术介绍

[0002]循环肿瘤基因（circulating tumor DNA，ctDNA）是一种重要的液体活检肿瘤标志物，由单链或双链DNA以及单链与双链DNA复合物组成，是肿瘤细胞DNA经脱落或者当细胞凋亡后释放进入人体血液循环系统的胞外DNA，其中含有来源于肿瘤的突变和基因变异信息。表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)基因与调节细胞增殖、存活、生长和分化有关，但是如果EGFR的过度表达，容易引发肺癌。以往研究表明，60%以上的非小细胞肺癌患者，其表皮生长因子受体高表达，且存在大量的突变位点，其导致细胞的表达发生改变。而ctDNA是表皮生长因子基因中的突变位点的基因片段，基因突变是癌症发生的根本原因。针对非小细胞肺癌患者的EGFR突变基因检测，有助于在临床治疗上采取更加合理有效的治疗方案。因此，EGFR突变基因检测对疾病的诊断和筛查具有重要意义，开发一些精确、快速、低成本的分析方法用于检测人体内微量基因片段，对于人类重大疾病的早期诊断与预后具有重要的意义。
[0003]现有技术中，通常采用高通量测序、PCR技术等手段检测循环肿瘤基因，但是这种检测方法存在操作复杂、检测速度慢、成本高的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法及电路，利用电化学检测技术能够解决循环肿瘤基因浓度检测过程操作复杂、检测速度慢、灵敏度低的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术设计一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：S1.用修饰过的丝网印刷电极制成电化学生物传感器，在丝网印刷电极的电解槽内添加信号探针[Fe(CN)6]3‑
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溶液；S2.连接电极；在电极安装处放置处理好的丝网印刷电极，并与对应的导线相连；S3.配对连接电化学检测仪和移动端设备；S4.在丝网印刷电极的工作电极表面滴加目标物ctDNA，孵育1~3 h，将丝网印刷电极浸入信号探针[Fe(CN)6]3‑
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溶液中，目标物ctDNA通过电化学生物传感器在丝网印刷电极上发生电化学反应，生物信号转换为电信号，从而使电极表面的电子传递速率发生变化，三电极体系内的电流随之变化，电流变化的大小与目标物ctDNA的浓度呈线性关系；S5.检测电流与电压的变化值，生成伏安特性曲线；S6.利用物联网实现数据传输和储存，通过移动端设备将数据整体上传至云端，并进行数据的处理、收集和存储。
[0006]作为优选方案，所述电化学生物传感器的制作步骤如下，S1.1.将壳聚糖、PEI
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AuNPs@COFs溶液分别滴加于丝网印刷电极的工作电极表面，在室温下自然晾干；S1.2.将戊二醛溶液滴加于所述壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，在冰箱中过夜孵育，用信号探针溶液轻微冲洗；S1.3.将分子探针发夹DNA溶液滴加于戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，在室温下孵育，用信号探针溶液冲洗；S1.4.将金铂复合物滴加于所述分子探针发夹DNA/戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，通过共价键捕获金铂复合物的方式将金铂复合物修饰在发夹DNA的一端，用信号探针溶液轻微冲洗，制成电化学生物传感器。
[0007]作为优选方案，所述步骤S1.4之后还包括以下步骤，S1.5.滴加牛血清白蛋白溶液，封闭修饰电极表面多余的非特异性活性位点，得到牛血清白蛋白/金铂复合物/发夹DNA/戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极。
[0008]作为优选方案，所述信号探针溶液是用磷酸盐缓冲液配制成的包含[Fe(CN)6]3‑
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与KCl的混合溶液。
[0009]作为优选方案，所述混合液中[Fe(CN)6]3‑
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浓度为5~10 mmol/L，KCl浓度为0.1 mol/L。
[0010]本专利技术还设计一种基于物联网的电化学检测仪的检测电路，包括仪器供电电路、微控制器、恒电位电路、低通滤波电路、I\V转换放大电路、ADC模数转换电路；所述仪器供电电路分别为微控制器、恒电位电路供电，减小数字信号对模拟信号的影响；所述恒电位电路用于接收来自微控制器的脉冲信号，作用于丝网印刷电极上，持续输出激励脉冲，刺激三电极体系在电解槽中产生氧化还原反应，保证电化学反应的进行；同时分子探针发夹DNA与目标物ctDNA在工作电极表面结合后，将生物信号转换为电信号，并从工作电极将电信号输出；所述低通滤波电路用于将来自微控制器脉冲中的高频噪声和外部高频噪声滤除，使得到达对电极上的脉冲信号更平滑；所述I/V转换放大电路用于将工作电极上的电流变化转变为电压变化，再通过数字滤波使得ADC模数转换电路可以采集电压数据。
[0011]作为优选方案，所述恒电位电路包括三电极体系、控制放大器、电压跟随器，所述控制放大器负责向三电极体系注入脉冲信号，以补偿工作电极处发生的氧化还原反应；所述电压跟随器防止和隔离电流流过参比电极，从而确保参比电极能够提供稳定的基准电压。
[0012]作为优选方案，所述低通滤波电路采用低输入失调电流和足够高带宽增益的滤波器级放大器构成的四阶滤波器，截止频率为10kHz，用来滤除高频信号。
[0013]作为优选方案，所述I/V转换放大电路采用最低额定输入偏置电流精密跨阻放大器，将工作电极上的电流信号转换为电压信号，减小放大器自身存在的偏置电流影响。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术通过电极表面修饰的化学材料制成电化学生物传感器，对分析物进行特异
性识别，设计检测电路，采集电极的识别信号进行定量和定性分析，并提供分析数据上传功能，通过蓝牙协议将采集的数字信号发送至手机app，处理数据得出差分脉冲伏安法的检测数据，汇总之后通过MQTT协议发送至PC服务器，在PC端进行数据的整合和存储。本专利技术具有操作简单、检测快速、灵敏度高的优点。本专利技术利用电化学检测技术能够解决循环肿瘤基因浓度检测仪器体积大、检测过程操作复杂、检测速度慢的技术问题。
附图说明
[0015]图1为本专利技术检测过程示意图。
[0016]图2为本专利技术丝网印刷电极的结构示意图。
[0017]图3为本专利技术电化学生物传感器的制作示意图。
[0018]图4为本专利技术恒电位电路示意图。
[0019]图5为本专利技术低通滤波电路示意图。
[0020]图6为本专利技术I\V转换放大电路示意图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的电化学检测仪的检测方法，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤：S1.用修饰过的丝网印刷电极制成电化学生物传感器，在丝网印刷电极的电解槽内添加信号探针溶液；S2.连接电极；在电极安装处放置处理好的丝网印刷电极，并与对应的导线相连；S3.配对连接电化学检测仪和移动端设备；S4.在丝网印刷电极的工作电极表面滴加目标物ctDNA，将丝网印刷电极浸入信号探针溶液中，目标物ctDNA通过电化学生物传感器在丝网印刷电极上发生电化学反应，生物信号转换为电信号，从而使电极表面的电子传递速率发生变化，三电极体系内的电流随之变化，电流与目标物ctDNA的浓度呈线性关系；S5.检测电流与电压的变化值，生成伏安特性曲线；S6.利用物联网实现数据传输和储存，通过移动端设备将数据整体上传至云端，并进行数据的处理、收集和存储。2.根据权利要求1所述的基于物联网的电化学检测仪的检测方法，其特征在于：所述电化学生物传感器的制作步骤如下，S1.1.将壳聚糖、PEI
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AuNPs@COFs溶液分别滴加于丝网印刷电极的工作电极表面，在室温下自然晾干；S1.2.将戊二醛溶液滴加于所述壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，在冰箱中过夜孵育，用信号探针溶液轻微冲洗；S1.3.将分子探针发夹DNA溶液滴加于戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，在室温下孵育，用信号探针溶液冲洗；S1.4.将金铂复合物滴加于所述分子探针发夹DNA/戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰的工作电极表面，通过共价键捕获金铂复合物的方式将金铂复合物修饰在发夹DNA的一端，用信号探针溶液轻微冲洗，制成电化学生物传感器。3.根据权利要求2所述的基于物联网的电化学检测仪的检测方法，其特征在于：所述步骤S1.4之后还包括以下步骤，S1.5.滴加牛血清白蛋白溶液，封闭修饰电极表面多余的非特异性活性位点，得到牛血清白蛋白/金铂复合物/发夹DNA/戊二醛/壳聚糖/PEI
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AuNPs@COFs修饰...

【专利技术属性】
技术研发人员：张甜，史玮玮，李明，杨迎磊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：