【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物检测方法，具体涉及赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，本专利技术还涉及赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法。
技术介绍
1、赤潮是一种有害的生态现象，赤潮微藻体内含有天然生物毒素，积累在次级消费者(如鱼虾贝类)体内后能引起海洋生物死亡，不仅引发重大的经济损失，而且人类误食后会出现恶心、呕吐、瘫痪等，严重的甚至直接死亡。中国海岸线漫长、近海环境多样、赤潮种类繁多，对赤潮及其生物毒素带来的灾害预测非常困难。目前，传统的赤潮生物毒素检测标准方法是液相色谱-质谱联用法、酶联免疫吸附法和免疫层析法。对于赤潮微藻分类检测，目前可利用细胞形态、特征化学物质、声学技术、分子生物学技术进行。但传统的赤潮微藻及其生物毒素检测定量方法存在如操作要求高，耗费时间长，价格昂贵等局限，且二者的检测仪器互不通用，影响赤潮灾害发生后针对性救灾工作的迅速展开。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的是提供赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，解决了二者的检测仪器互不通用，样本需重复处理的问题。
2、本专利技术的第二个目的是提供赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，解决了现有赤潮微藻及其生物毒素种类检测方法操作要求高，耗费时间长，不能同时检测的问题。
3、本专利技术所采用的第一种技术方案为：赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，检测芯片为双层微流控芯片，包括键合连接的上层液压阀门控制层和下层传感集成检测层，下层传感集成检测层上并列设置有赤潮生物毒素检测区、环境样本初次纯化区、环境样本二次纯化
4、本专利技术所采用的第一种技术方案的特点还在于：
5、赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，赤潮生物毒素检测区位于下层传感集成检测层最左侧，包括若干条中心流道，每条中心流道两侧各有若干块小型反应池，上层液压阀门控制层上对应赤潮生物毒素检测区位置的一侧边设置有若干生物毒素检测进样孔，若干条中心流道始端与若干生物毒素检测进样孔对应相接，小型反应池内设置有比色纳米金生化传感器；
6、环境样本初次纯化区为单块反应区，位于赤潮生物毒素检测区右侧，上层液压阀门控制层上对应环境样本初次纯化区位置的一侧边设置有赤潮微藻检测进样孔、另一侧边设置有出样孔ⅰ，环境样本初次纯化区始端与赤潮微藻检测进样孔对应相接，末端与出样孔ⅰ对应相接；
7、环境样本初次纯化区右侧与环境样本二次纯化区相连通，上层液压阀门控制层上对应两者之间的位置设置有液压阀门a，液压阀门a控制环境样本初次纯化区右侧与环境样本二次纯化区之间样本的流通；
8、环境样本二次纯化区右侧与赤潮微藻18s rdna检测区相连通，环境样本二次纯化区包括若干条并行反应池ⅰ，赤潮微藻18s rdna检测区包括若干条并行反应池ⅱ，若干条并行反应池ⅰ与并行反应池ⅱ对应连通，上层液压阀门控制层上对应两者之间的位置设置有液压阀门b、液压阀门c，上层液压阀门b、液压阀门c控制环境样本二次纯化区与赤潮微藻18s rdna检测区之间样本的流通；
9、上层液压阀门控制层最右侧设置有若干与并行反应池ⅱ数量相同的上层出样孔ⅱ，且两者对应连通，并行反应池ⅰ内设置有氧化石墨烯纳米片，并行反应池ⅱ内设置有结合微藻18s rdna纳米探针的氧化石墨烯纳米片。
10、不同的生物毒素检测进样孔和小型反应池检测不同的生物毒素。
11、上述检测芯片制作材料为聚二甲基硅氧烷和固化剂，两者按照10：1-5：1比例混合。
12、本专利技术所采用的第二种技术方案为：赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，利用上述的检测芯片实施，具体如下：
13、利用图像色彩匹配技术，建立待测样品赤潮生物毒素浓度和赤潮微藻种类18srdna浓度与图像信号之间的数学模型，利用上述检测芯片检测待测样品，得到对应图像信号，将图像信号输入数学模型，得到对应浓度，完成赤潮生物毒素浓度和赤潮微藻18s rdna种类及浓度检测。
14、本专利技术所采用的第二种技术方案的特点还在于：
15、进一步的，赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，具体实施步骤如下：
16、步骤1、分别构建检测区图像与赤潮生物毒素浓度和赤潮微藻种类18s rdna浓度待训练数据集和待测试数据集；
17、步骤2、构建基于卷积神经网络的数学模型；
18、步骤3、利用上述检测芯片检测待测样品，使用显微镜观测检测区，得到对应检测区图像信号；
19、步骤4、将检测区图像信号输入对应数学模型，得到赤潮生物毒素浓度和赤潮微藻18s rdna种类及浓度。
20、进一步的，步骤1具体操作如下：
21、将赤潮生物毒素浓度和赤潮微藻种类18s rdna浓度已知类海水样本通过芯片进样孔注入检测芯片内，待各反应池反应完全后，显微镜下获取各已知浓度条件下芯片流道的图像信号，得到检测区图像色彩信号-赤潮生物毒素浓度及赤潮微藻18s rdna浓度数字信号数据集，并以7：3比例将其划分为待训练数据集和待测试数据集。
22、进一步的，步骤2具体实施步骤如下：
23、步骤2.1、构建输入层，将所构建的检测区图像色彩信号-赤潮生物毒素浓度数字信号、检测区图像色彩信号-赤潮微藻18s rdna浓度数字信号待训练数据集输入至卷积神经网络的输入层；
24、步骤2.2、分别创建毒素检测卷积池化层、18s rdna检测卷积池化层，对输入的数据集进行图像色标分析，映射到多层网络层，输出特征图，再进行特征选择和信息过滤，选取平均值作为输出，降低数据的特征维度，提高结果的准确性；
25、步骤2.3、构建全连接层，激活输入特征的函数变换，增强模型表达能力，产生输出；
26、步骤2.4、利用计算机软件优化模型参数寻找最佳关联模型，利用python语言编程机器学习模型，优化机器学习中的训练参数，提升准确度；
27、步骤2.5、输入步骤1所述待训练数据集用于模型验证，调整参数，最终建立检测区图像色彩信号-赤潮微藻18s rdna及其生物毒素浓度数字信号之间的数学模型。
28、进一步的，步骤2.2中：
29、毒素检测卷积池化层包括3层卷积层，2层最大池化层；其中，第一卷积层卷积核大小5*5，步长为2；第一最大池化层池化范围为3*3，步长为2；第二卷积层卷积核大小3*3，步长为2；第二最大池化层池化范围为1*1，步长为1；第三卷积层卷积核大小1*1，步长为1；
30、18s rdna检测卷积池化层包括4层卷积层与3层最大池化层；其中，第一卷积层卷积核大小7*7，步长为3；第一最大池化层池化范围为5*5，步长为2；第二卷积层卷积核大小5*5，步长为2；第二最大池化层池化范围为3*3，步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述检测芯片为双层微流控芯片，包括键合连接的上层液压阀门控制层(1)和下层传感集成检测层(2)，所述下层传感集成检测层(2)上并列设置有赤潮生物毒素检测区(3)、环境样本初次纯化区(4)、环境样本二次纯化区(5)和赤潮微藻18S rDNA检测区(6)，所述上层液压阀门控制层(1)上对应下层传感集成检测层(2)相应区域的位置设置有生物毒素检测进样孔(7)、赤潮微藻检测进样孔(8)、出样孔Ⅰ(9)和出样孔Ⅱ(13)，所述上层液压阀门控制层(1)上还设置有液压阀门a(10)、液压阀门b(11)和液压阀门c(12)。
2.根据权利要求1所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述赤潮生物毒素检测区(3)位于下层传感集成检测层(2)最左侧，包括若干条中心流道(14)，每条所述中心流道(14)两侧各有若干块小型反应池(15)，所述上层液压阀门控制层(1)上对应赤潮生物毒素检测区(3)位置的一侧边设置有若干生物毒素检测进样孔(7)，所述若干条中心流道(14)始端与若干生物毒素检测进样孔(7)对应相接，所述小型反应池(15
3.根据权利要求2所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述不同的生物毒素检测进样孔(7)和小型反应池(15)检测不同的生物毒素。
4.根据权利要求1-3任一所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述检测芯片制作材料为聚二甲基硅氧烷和固化剂，两者按照10：1-5：1比例混合。
5.赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一所述的检测芯片实施，具体如下：
6.根据权利要求5所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
7.根据权利要求6所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，所述步骤1具体操作如下：
8.根据权利要求6所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，所述步骤2具体实施步骤如下：
9.根据权利要求8所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，所述步骤2.2中：
10.根据权利要求8所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测方法，其特征在于，所述步骤2.4中计算机软件包括SPSS或JMP pro。
...【技术特征摘要】
1.赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述检测芯片为双层微流控芯片，包括键合连接的上层液压阀门控制层(1)和下层传感集成检测层(2)，所述下层传感集成检测层(2)上并列设置有赤潮生物毒素检测区(3)、环境样本初次纯化区(4)、环境样本二次纯化区(5)和赤潮微藻18s rdna检测区(6)，所述上层液压阀门控制层(1)上对应下层传感集成检测层(2)相应区域的位置设置有生物毒素检测进样孔(7)、赤潮微藻检测进样孔(8)、出样孔ⅰ(9)和出样孔ⅱ(13)，所述上层液压阀门控制层(1)上还设置有液压阀门a(10)、液压阀门b(11)和液压阀门c(12)。
2.根据权利要求1所述的赤潮微藻及其生物毒素同步检测芯片，其特征在于，所述赤潮生物毒素检测区(3)位于下层传感集成检测层(2)最左侧，包括若干条中心流道(14)，每条所述中心流道(14)两侧各有若干块小型反应池(15)，所述上层液压阀门控制层(1)上对应赤潮生物毒素检测区(3)位置的一侧边设置有若干生物毒素检测进样孔(7)，所述若干条中心流道(14)始端与若干生物毒素检测进样孔(7)对应相接，所述小型反应池(15)内设置有比色纳米金生化传...
【专利技术属性】
技术研发人员：强乐，孙懿格，侯铁舟，韩琳，孙军，张宇，石宇萱，郑灿烂，
申请(专利权)人：西安交通大学口腔医院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。