生物体的胞外离子移动状态的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种生物体的胞外离子移动状态的检测系统及方法，具体包括离子选择性玻璃微电极，用于作为检测生物体的胞外离子移动状态的检测电极；电极阻抗测试单元，用于测量离子选择性玻璃微电极电极阻抗是否符合测试要求；阻抗变换单元，用于提高输入阻抗；模拟信号锁存单元，用于当所述离子选择性玻璃微电极定位于距离测试样品表面X1处时，锁存X1处的电压V1；电极支架及其移动单元，用于固定所述离子选择性玻璃微电极以及将所述离子选择性玻璃微电极移动到距离测试样品表面X2处。本发明专利技术采用电极阻抗测试单元对离子选择性玻璃微电极的电极阻抗进行测试，以确定离子选择性玻璃微电极的电极阻抗符合测试要求，确保检测过程的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物电子检测
，特别涉及一种。
技术介绍
生物体的离子的动态运输在其生长发育、新陈代谢、营养吸收、感知刺激等过程具有关键作用，其维持和调节体内各类离子平衡的能力，是生物生命活力的表现形式。任何一种离子过量都可导致胁迫的发生，适度的摄入才能维持正常的生长发育及生命活动。生物活体的器官、组织、细胞等与之外界环境交换的离子的移动速率和方向是信号转导过程的指示，也是生物体内各类基因发挥功能的表征。因此获取生物体的胞外离子移动状态的信息有助于揭示其生命活动机理，并可辅助转基因生物无损鉴定，特别是在农业上用于指导 作物品种的选育和栽培措施的制定。现有技术中，对离子的研究多采用化学检测方法，对植物材料存在严重破坏，并耗时耗力。而激光共聚焦和膜片钳等针对离子研究的设备，仅局限于细胞和组织对离子分布和运输开展小范围的研究，不能满足器官活体离子输运检测。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术解决的技术问题是如何实现生物体胞外微小空间内溶液的离子移动状态非接触式检测的准确性、可靠性。(二)技术方案本专利技术提出了一种生物体的胞外离子移动状态的检测系统，所述系统包括离子选择性玻璃微电极、电极阻抗测试单元、阻抗变换单元、模拟信号锁存单元和电极支架及其移动单元；所述离子选择性玻璃微电极用于作为检测测试样品的胞外离子移动状态的检测电极；所述离子选择性玻璃微电极与用于测量离子选择性玻璃微电极电极阻抗是否符合测试要求的所述电极阻抗测试单元相连接，所述电极阻抗测试单元与用于提高输入阻抗的所述阻抗变换单元相连接，所述阻抗变换单元与用于当所述离子选择性玻璃微电极定位于距离测试样品表面Xl处时，锁存Xl处的电压Vl的所述模拟信号锁存单元相连接；，所述电极支架及其移动单元与所述离子选择性玻璃微电极相连接，所述电极支架及其移动单元用于固定所述离子选择性玻璃微电极以及将所述离子选择性玻璃微电极移动到距离所述测试样品表面X2处。优选地，所述离子选择性玻璃微电极包括尖端直径为2-3 U m的玻璃管。优选地，所述离子选择性玻璃微电极经过硅烷化试剂处理，所述硅烷化试剂为二甲基二氯硅烷。优选地，所述测试溶液中所含离子组成与测试样品所处微环境的离子组成相同。优选地，所述阻抗变换单元的阻抗大于或等于IO13Q。优选地，所述系统还包括用于放大输入信号电压与所述阻抗变换单元相连接的放大单元、与所述放大单元和所述模拟信号锁存单元相连接的仪器仪表放大器、与所述放大单元和所述仪器仪表放大器相连接的滤波单元、与所述滤波单元相连接的采集与处理单元、与所述采集与处理单元相连接的温度检测单元和与所述电极阻抗测试单元和所述阻抗变换单元以及所述采集与处理单元相连接的系统校准单元。本专利技术还提出了一种生物体的胞外离子移动状态的检测方法，所述方法包括步骤SI、测量离子选择性玻璃微电极的阻抗，所述阻抗是否符合测试要求，若是，则继续步骤S2，若否，则更换所述离子选择性玻璃微电极； S2、将所述离子选择性玻璃微电极定位于距离测试样品表面Xl处，测量Xl处电压VI，并将所述电压锁存；S3、将所述离子选择性玻璃微电极移动到距离所述测试样品表面X2处，测量并获得X2处电压V2与Xl处电压Vl的差值AV;S4、根据八￥、￥1，计算出乂2处电压￥2，并利用公式￥ = 1^1§(计算出乂1处和父2处之间的浓度Cl和C2，并计算Xl处和X2处之间的浓度差A C，k为截距，s为斜率；ACS5、根据AC和AX，利用公式/ = -D Y计算出所述测试溶液中待测离子的 AX移动速率J，所述AX为Xl处和X2处之间的距离，D为所述待测离子的扩散常数。优选地，步骤SI中所述测试要求为所述离子选择性玻璃微电极电极阻抗大于等于50MQ且小于等于IO10Q o优选地，测量离子选择性玻璃微电极的阻抗的方法具体包括S11、电极阻抗测试单元选择标准电阻R，电极阻抗测试单元中的信号源产生方波，则产生的方波的电压为方波的电流与所述标准电阻R的乘积，产生的方波经过阻抗变换单元、放大单元和采集与处理单元后，测试采集与处理单元输出的方波的幅值电压V0，所述信号源为电流源；S12、电极阻抗测试单元选择所述离子选择性玻璃微电极，电极阻抗测试单元中的信号源产生方波，则产生的方波的电压为方波的电流与所述离子选择性玻璃微电极的阻抗的乘积，产生的方波经过阻抗变换单元、放大单元和采集与处理单元后，若采集与处理单元的输出仍为方波，则测试采集与处理单元输出的方波的幅值电压为Vx，则所述离子选择性Vx玻璃微电极的阻抗为Z = — X i ;若采集与处理单元的输出不为方波，则跳转步骤 10S13 ；S13、电极阻抗测试单元同时选择所述标准电阻R和所述离子选择性玻璃微电极，电极阻抗测试单元中的信号源产生方波，产生的方波的电压为方波的电流与所述标准电阻R和所述离子选择性玻璃微电极的阻抗的并联阻抗的乘积，产生的方波经过阻抗变换单元、放大单元和采集与处理单元后，若采集与处理单元的输出仍为方波，则测试采集与处理单元输出的方波的幅值电压V3，计算此时的并联阻kA>l =i ，则所述离子选择性 VO玻璃微电极阻抗Z 优选地，所述步骤S5中，若计算出所述待测离子的移动速率的数值为负数，则表示所述待测离子向细胞方向迁移；若为正数，则表示所述待测离子向细胞外扩散。有益效果本专利技术采用电极阻抗测试单元对离子选择性玻璃微电极的电极阻抗进行测试，以确定离子选择性玻璃微电极的电极阻抗符合测试要求，确保检测过程的准确性。 附图说明图I是本专利技术提出的生物体的胞外离子移动状态的检测系统结构图；图2是本专利技术提出的生物体的胞外离子移动状态的检测系统示意图；图3是本专利技术提出的生物体的胞外离子移动状态的检测方法流程图；图4是本专利技术提出的扩散离子移动速率变化的曲线图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例I :本实施例提供了一种生物体的胞外离子移动状态的检测系统，如图I和图2所示，所述系统包括离子选择性玻璃微电极、电极阻抗测试单元、阻抗变换单元、模拟信号锁存单元和电极支架及其移动单元；离子选择性玻璃微电极，是一类利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，当它和含待测离子的测试溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电势，因此用于作为检测生物体的胞外离子移动状态的检测电极；所述离子选择性玻璃微电极包括内径为0. 8mm-Imm的毛细玻璃管经过拉制仪制作的尖端直径为2-3 u m的玻璃管，所述离子选择性玻璃微电极经过硅烷化试剂处理，所述的硅烷化试剂为二甲基二氯硅烷；电极丝采用银/氯化银丝，电极液对于待测离子为K+ =IOOmMKCl ;测试溶液中所含离子组成与生物体所处微环境的离子组成相同；离子敏感膜被灌注在离子选择性玻璃微电极尖端，其中，离子敏感膜采用Sigma公司的离子敏感膜试剂钾离子载体I-混合物B (Potassium K+ionophore I-cocktail B),该离子敏感膜试剂用来测试K+。电极阻抗测试单元，可采用恒温有源晶振0C14产生4. 096MHz信号，经过分频器4096倍分频得到，IKHz信号，经过分压输出50mV，用于测量离子选择性玻璃微电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物体的胞外离子移动状态的检测系统，其特征在于，所述系统包括：离子选择性玻璃微电极、电极阻抗测试单元、阻抗变换单元、模拟信号锁存单元和电极支架及其移动单元；所述离子选择性玻璃微电极用于作为检测测试样品的胞外离子移动状态的检测电极；所述离子选择性玻璃微电极与用于测量离子选择性玻璃微电极电极阻抗是否符合测试要求的所述电极阻抗测试单元相连接，所述电极阻抗测试单元与用于提高输入阻抗的所述阻抗变换单元相连接，所述阻抗变换单元与用于当所述离子选择性玻璃微电极定位于距离测试样品表面X1处时，锁存X1处的电压V1的所述模拟信号锁存单元相连接；，所述电极支架及其移动单元与所述离子选择性玻璃微电极相连接，所述电极支架及其移动单元用于固定所述离子选择性玻璃微电极以及将所述离子选择性玻璃微电极移动到距离所述测试样品表面X2处。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠义，赵东杰，黄岚，薛林，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：