CN103278539A - 检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置及方法，该装置包括：环境室、芯片安装台、单片机、温度传感器、细胞阻抗传感器芯片和加热器。该方法首先准备海洋水产品腹泻性毒素溶液样品，单片机采用PID控制算法控制加热器实现37℃环境温度的恒温控制，然后从细胞阻抗传感器芯片接收传感器信号计算基线值；再通过CI指数算法算出细胞阻抗传感器芯片信号CI值；进行样品溶液检测得出CI-时间曲线，与细胞阻抗传感器芯片的标准图谱比对，得出第一样品溶液的浓度区间，进而得出海洋水产品腹泻性毒素含量。本发明实现了海洋水产品腹泻性毒素的半定量检测，具有高通量、灵敏度高和重复性好等特点。

Description

检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置及方法
技术领域
本发明涉及一种海洋水产品腹泻性毒素的检测技术，尤其涉及一种检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置及方法。
背景技术
海洋水产品腹泻性毒素是贝类从浮游藻类中聚集的有害有机物质存于体内蓄积而成，是一类毒性很强的非蛋白毒素，食用后能使人中毒，甚至死亡。目前国内海洋水产品腹泻性毒素检测方法通常使用定性或半定量的小鼠生物检测法，而该方法检测灵敏度不高，不能确定样品中毒素结构，操作繁琐费时而难以推广。细胞阻抗传感器通过检测阻抗大小计算出细胞指数来表征细胞贴附、形态变化以及细胞数量。而目前也未见文献报道使用细胞阻抗传感器检测海洋水产品腹泻性毒素的方法。基于细胞阻抗传感器检测海洋水产品腹泻性毒素的新方法将凭借其细胞无损、快速现场实时监测等优势，有望在海洋水产品腹泻性毒素检测领域推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种细胞阻抗传感器检测装置，它包括：环境室、芯片安装台、单片机、温度传感器、细胞阻抗传感器芯片和加热器；其中，所述环境室由环境室底座、第一环境室定位扣、第二环境室定位扣和环境室顶盖组成；环境室顶盖通过第一环境室定位扣和第二环境室定位扣固定在环境室底座上，形成一个密闭环境；芯片安装台、加热器和温度传感器均固定在环境室内；芯片安装台由芯片安装台盖定位扣、芯片安装台盖、芯片安装台盖旋转轴和芯片安装台底座组成，芯片安装台底座焊接在环境室底座上，芯片安装台盖通过芯片安装台盖旋转轴连接在芯片安装台底座上，芯片安装台盖将细胞阻抗传感器芯片按压固定在芯片安装台底座上，再由芯片安装台盖定位扣扣住；温度传感器和加热器焊接固定在环境室底座上，细胞阻抗传感器芯片由细胞阻抗传感器芯片电路板和通过金丝焊接固定在细胞阻抗传感器芯片电路板上的多个细胞阻抗传感器芯片叉指电极组成，温度传感器、加热器和细胞阻抗传感器芯片均与单片机相连。
应用上述细胞阻抗传感器装置检测海洋水产品腹泻性毒素的方法，包括以下步骤：
（1）根据国标GB/T 5009.212-2008准备海洋水产品腹泻性毒素溶液样品：将待测海产品置于均质杯内，加3倍体积量丙酮搅拌至少5min；将搅拌好的混合物倒入布氏漏斗中抽滤，收集抽提液；将抽提液移入500ml的圆底烧瓶中，调整旋转蒸发器至水浴温度为56℃±1℃，减压浓缩去除丙酮直至在液体表面分离出油状物；将浓缩液移入分液漏斗内，以100ml～200ml乙醚洗下粘壁部分，振荡，静置分层后去除水层；用相当乙醚半量体积的蒸馏水洗乙醚层两次，再将乙醚层移入250ml或500ml的圆底烧瓶中，减压浓缩去除乙醚；以质量分数为0.1%的二甲基亚砜的细胞培养基溶液将全部浓缩物在刻度试管中稀释到10ml，充分振摇，制成均匀DSP-0.1％DMSO细胞培养基溶液，即第一样品溶液；１m所述第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的所述待测海产品所含有的腹泻性毒素；
（2）在细胞阻抗传感器芯片中细胞阻抗传感器芯片叉指电极上加入50uL细胞培养基，细胞培养基采用RPMI1640培养基，将细胞阻抗传感器芯片固定在芯片安装台上，将环境室顶盖通过环境室定位扣扣好后，单片机初始化后根据温度传感器反馈的温度信息采用PID控制算法控制加热器对密闭环境室加热，实现37℃环境温度的恒温控制；
（3）单片机产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片基线值Z0；
（4）将细胞培养在细胞阻抗传感器芯片叉指电极上，并且加入100uL培养基进行24小时监测；检测过程为：单片机产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片阻抗值，单片机通过CI指数算法算出细胞阻抗传感器芯片信号CI值，其中CI值计算公式为                                                ；
（5）24小时监测后，进行第一样品溶液检测：在细胞阻抗传感器芯片叉指电极13上加入第一样品溶液20uL；继续监测CI值变化，得出CI-时间曲线，与细胞阻抗传感器芯片的标准图谱比对，得出第一样品溶液的浓度区间，进而通过步骤1的１ml第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的待测海产品所含有的腹泻性毒素的关系得出海洋水产品腹泻性毒素含量；所述细胞阻抗传感器芯片的标准图谱的建立过程如下：通过检测系列浓度为800、600、400、200、100、50ug/L的海洋水产品腹泻性毒素的细胞培养基溶液、质量分数为0.1%的二甲基亚砜的细胞培养基溶液和纯细胞培养基的CI-时间曲线，构成标准图谱。
本发明相对于现有的海洋水产品腹泻性毒素检测方法具有以下有益效果：本发明提供了一种检测海洋水产品腹泻性毒素的细胞阻抗传感器装置，实现了海洋水产品腹泻性毒素的半定量检测，具有高通量，灵敏度高和重复性好等特点。本发明检测海洋水产品腹泻性毒素的方法克服了现有海洋水产品腹泻性毒素测定方法的不足，具有操作步骤简单，对细胞无损和实现长时测量的优点，除了配制标准品溶液和接种细胞等简单步骤外无需其他步骤。根据以上优点，本发明的装置及方法可广泛用于海洋水产品腹泻性毒素检测的相关领域。
附图说明
图1是本发明所使用细胞阻抗传感器装置整体结构图；
图2是细胞阻抗传感器芯片结构图；
图3是本发明单片机的流程图；
图4是本发明检测海洋水产品腹泻性毒素标准图谱结果图；
图中：环境室底座1、第一环境室定位扣2、温度传感器3、芯片安装台盖定位扣4、细胞阻抗传感器芯片5、芯片安装台盖6、环境室顶盖7、芯片安装台盖旋转轴8、芯片安装台底座9、加热器10、第二环境室定位扣11、细胞阻抗传感器芯片电路板12、细胞阻抗传感器芯片叉指电极13、单片机14。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作详细描述，但并不是限制本发明。
如图1-2所示，本发明的细胞阻抗传感器检测装置，包括：环境室、芯片安装台、单片机14、温度传感器3、细胞阻抗传感器芯片5、加热器10。其中，环境室由环境室底座1、第一环境室定位扣2、第二环境室定位扣11和环境室顶盖7组成，环境室顶盖7通过第一环境室定位扣2和第二环境室定位扣11固定在环境室底座1上，形成一个密闭环境。芯片安装台、加热器10和温度传感器3均固定在环境室内。芯片安装台由芯片安装台盖定位扣4、芯片安装台盖6、芯片安装台盖旋转轴8和芯片安装台底座9组成，芯片安装台底座9焊接在环境室底座1上，芯片安装台盖6通过芯片安装台盖旋转轴8连接在芯片安装台底座9上，芯片安装台盖6将细胞阻抗传感器芯片5按压固定在芯片安装台底座9上，再由芯片安装台盖定位扣4扣住。温度传感器3和加热器10焊接固定在环境室底座1上。细胞阻抗传感器芯片5由细胞阻抗传感器芯片电路板12和通过金丝焊接固定在细胞阻抗传感器芯片电路板12上的多个细胞阻抗传感器芯片叉指电极13组成。温度传感器3、加热器10和细胞阻抗传感器芯片均与单片机14相连。
应用上述细胞阻抗传感器装置检测海洋水产品腹泻性毒素的方法，包括以下步骤：
1、根据国标GB/T 5009.212-2008准备海洋水产品腹泻性毒素溶液样品：将待测海产品置于均质杯内，加3倍体积量丙酮搅拌至少5min。将搅拌好的混合物倒入布氏漏斗中抽滤，收集抽提液。将抽提液移入500ml的圆底烧瓶中，调整旋转蒸发器，水浴温度为56 ℃±1℃，减压浓缩去除丙酮直至在液体表面分离出油状物。将浓缩液移入分液漏斗内，以100ml～200ml乙醚洗下粘壁部分，轻轻振荡（不能生成乳浊液），静置分层后去除水层（下层）。用相当乙醚半量体积的蒸馏水洗乙醚层两次，再将乙醚层移入250ml或500ml的圆底烧瓶中，减压浓缩（旋转蒸发器，35℃±1℃）去除乙醚。以质量分数为0.1%的二甲基亚砜（DMSO）的细胞培养基溶液将全部浓缩物在刻度试管中稀释到10ml，充分振摇，制成均匀DSP-0.1％DMSO细胞培养基溶液，即第一样品溶液。１ml第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的待测海产品所含有的腹泻性毒素。
2、如图3单片机流程图所示，在细胞阻抗传感器芯片5中细胞阻抗传感器芯片叉指电极13加入50uL细胞培养基，细胞培养基可以采用RPMI1640培养基，将细胞阻抗传感器芯片5固定在芯片安装台上，将环境室顶盖7通过环境室定位扣2扣好后，单片机14执行初始化。之后单片机14根据温度传感器3反馈的温度信息采用PID控制算法控制加热器10对密闭环境室加热，实现37℃环境温度的恒温控制。
3、单片机14产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片5的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片5的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片基线值Z0。
4、将细胞培养在细胞阻抗传感器芯片叉指电极13上，并且加入100uL培养基进行24小时监测；检测过程为：单片机14产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片5的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片5的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片阻抗值，单片机14通过CI指数算法算出细胞阻抗传感器芯片信号CI值，其中CI值计算公式为
Figure 604362DEST_PATH_IMAGE001
；
5、24小时监测后，进行第一样品溶液检测：在细胞阻抗传感器芯片叉指电极13上加入第一样品溶液20uL。继续监测CI值变化，得出CI-时间曲线，与细胞阻抗传感器芯片5的标准图谱比对，得出第一样品溶液的浓度区间，进而通过步骤1的１ml第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的待测海产品所含有的腹泻性毒素的关系得出海洋水产品腹泻性毒素含量。
所述细胞阻抗传感器芯片5的标准图谱的建立过程如下：如图4所示，通过检测系列浓度为800、600、400、200、100、50ug/L的海洋水产品腹泻性毒素的细胞培养基溶液、质量分数为0.1%的二甲基亚砜（DMSO）的细胞培养基溶液和纯细胞培养基的CI-时间曲线，构成标准图谱。

Claims (2)

1.一种细胞阻抗传感器检测装置，其特征在于，它包括：环境室、芯片安装台、单片机（14）、温度传感器（3）、细胞阻抗传感器芯片（5）和加热器（10）；其中，所述环境室由环境室底座（1）、第一环境室定位扣（2）、第二环境室定位扣（11）和环境室顶盖（7）组成；环境室顶盖（7）通过第一环境室定位扣（2）和第二环境室定位扣（11）固定在环境室底座（1）上，形成一个密闭环境；芯片安装台、加热器（10）和温度传感器（3）均固定在环境室内；芯片安装台由芯片安装台盖定位扣（4）、芯片安装台盖（6）、芯片安装台盖旋转轴（8）和芯片安装台底座（9）组成，芯片安装台底座（9）焊接在环境室底座（1）上，芯片安装台盖（6）通过芯片安装台盖旋转轴（8）连接在芯片安装台底座（9）上，芯片安装台盖（6）将细胞阻抗传感器芯片（5）按压固定在芯片安装台底座（9）上，再由芯片安装台盖定位扣（4）扣住；温度传感器（3）和加热器（10）焊接在环境室底座（1）上，细胞阻抗传感器芯片（5）由细胞阻抗传感器芯片电路板（12）和通过金丝焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板（12）上的多个细胞阻抗传感器芯片叉指电极（13）组成，温度传感器（3）、加热器（10）和细胞阻抗传感器芯片均与单片机（14）相连。
2.一种应用上述细胞阻抗传感器装置检测海洋水产品腹泻性毒素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据国标GB/T 5009.212-2008准备海洋水产品腹泻性毒素溶液样品：将待测海产品置于均质杯内，加3倍体积量丙酮搅拌至少5min；将搅拌好的混合物倒入布氏漏斗中抽滤，收集抽提液；将抽提液移入500ml的圆底烧瓶中，调整旋转蒸发器至水浴温度为56℃±1℃，减压浓缩去除丙酮直至在液体表面分离出油状物；将浓缩液移入分液漏斗内，以100ml～200ml乙醚洗下粘壁部分，振荡，静置分层后去除水层；用相当乙醚半量体积的蒸馏水洗乙醚层两次，再将乙醚层移入250ml或500ml的圆底烧瓶中，减压浓缩去除乙醚；以质量分数为0.1%的二甲基亚砜的细胞培养基溶液将全部浓缩物在刻度试管中稀释到10ml，充分振摇，制成均匀DSP-0.1％DMSO细胞培养基溶液，即第一样品溶液；１m所述第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的所述待测海产品所含有的腹泻性毒素；
（2）在细胞阻抗传感器芯片（5）中细胞阻抗传感器芯片叉指电极（13）上加入50uL细胞培养基，细胞培养基采用RPMI1640培养基，将细胞阻抗传感器芯片（5）固定在芯片安装台上，将环境室顶盖（7）通过环境室定位扣（2）扣好后，单片机（14）初始化后根据温度传感器（3）反馈的温度信息采用PID控制算法控制加热器（10）对密闭环境室加热，实现37℃环境温度的恒温控制；
（3）单片机（14）产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片（5）的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片（5）的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片基线值Z0；
（4）将细胞培养在细胞阻抗传感器芯片叉指电极（13）上，并且加入100uL培养基进行24小时监测；检测过程为：单片机（14）产生幅值为30mV，频率为10kHz的正弦激励作为工作电压施加在细胞阻抗传感器芯片（5）的激励电极，再从细胞阻抗传感器芯片（5）的工作电极上接收传感器信号，通过阻抗转换计算出传感器芯片阻抗值，单片机（14）通过CI指数算法算出细胞阻抗传感器芯片信号CI值，其中CI值计算公式为                                               
Figure 2013102253560100001DEST_PATH_IMAGE002
；
（5）24小时监测后，进行第一样品溶液检测：在细胞阻抗传感器芯片叉指电极（13）上加入第一样品溶液20uL；继续监测CI值变化，得出CI-时间曲线，与细胞阻抗传感器芯片（5）的标准图谱比对，得出第一样品溶液的浓度区间，进而通过步骤1的１ml第一样品溶液含有的腹泻性毒素相当于20g去壳的待测海产品所含有的腹泻性毒素的关系得出海洋水产品腹泻性毒素含量；所述细胞阻抗传感器芯片（5）的标准图谱的建立过程如下：通过检测系列浓度为800、600、400、200、100、50ug/L的海洋水产品腹泻性毒素的细胞培养基溶液、质量分数为0.1%的二甲基亚砜的细胞培养基溶液和纯细胞培养基的CI-时间曲线，构成标准图谱。
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