CN103822944A - 快速生物信号的实时在线检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速生物信号实时在线检测方法，包括如下步骤(1)使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针；(2)利用标准品对所述检测探针进行校核；(3)利用微透析方法获得生物选定组织的样本；(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液；(5)使用电生理方法测量膜上电导量；(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录。本发明解决对于快速生物信号测量取样方式、取样量、实时测量、测量精度的需求，同时，克服快速生物信号测量对目标组织、信号物质类别的依赖性。
Description
技术领域
本发明涉及生物测试技术领域的一种生物信号检测方法，具体涉及一种快速生物信号的实时在线检测方法。本发明还涉及一种基于上述方法的快速生物信号的实时在线检测装置。
背景技术
在目前的生物技术领域中，随着对生物过程研究认识的不断加强，人们对于研究对象器官中生物信号物质变化过程的兴趣日益加强。生物技术领域对于测量生物信号物质的方法创新有着巨大的需求。生物信号物质是生物过程中负责信息传导的生物化学物质，其中很多并不能通过对生物电磁信号、声学信号、光学信号的测量进行直接测量。快速信号物质主要指能标志生物体在收到刺激后即刻起至若干小时时间内所做出快速反应的信号物质。与其对应的生物延时信号的测量由于对取样方式、取样量并无显著的依赖性，目前已经发展了若干方法，并得到了广泛的应用。而生物的快速反应信号，需要满足取样创伤小、取样量小、实时连续测量等要求，目前的方法仍存在很多不足。
微透析取样离线分析：微透析取样离线分析方法为使用微透析探针，利用探针头部半透膜与植入部位组织液交换小分子物质，从而收集获得微透析样本，而收集的样本稍后再进行高效液相等方法的离线分析。该方法的优点是通过不同探针的使用可以对于多种目标组织进行检测，同时结合不同的离线分析方法，可以用于检测多种信号物质，具有一定的灵活性。该方法由于微透析过程回收率与流速负相关，故样本量较小，而高效液相等分析方法的测量信噪此与样本浓度成正相关，故信咋此大，该方法只适用于生物信号变化大，持续时间长的情况，且只能给出一段时间生物信号物质的均值，无法给出实时变化情况。
生物可植入传感器，利用生物信号物质与受体或配体的结合进行生物信号的转化与测量。该方法具有实时精确测量、创伤小等优点。但由于以来于特定生物化学过程，适用性和灵活性受到了限制。
电生理方法：利用生物信号物质与受体或配体结合导致的生物过程，测量细胞膜电导量，实现对于快速生物小分子信号物质的测试。该方法具有反应快速、灵敏度高，对待测信号物质种类无明显依赖性的有点。该方法的缺点是在体实验对生物的创伤大、膜与电极的稳定性差，故多利用与离体细胞及组织片的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速生物信号实时在线检测方法，解决对于快速生物信号测量取样方式、取样量、实时测量、测量精度的需求，同时，克服快速生物信号测量对目标组织、信号物质类别的依赖性。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种快速生物信号实时在线检测方法，包括如下步骤：
(1)使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针；
(2)利用标准品对所述检测探针进行校核；
(3)利用微透析方法获得生物选定组织的样本；
(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液；
(5)使用电生理方法测量膜上电导量；
(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录。
优选地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，步骤(1)所述的使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针进一步包括：
(11)使用玻璃电极连接显微操纵仪，在显微镜下进入检测室；
(12)所述检测室上部开放，重力灌流系统连接所述检测室出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室，校核管和样本管浸没于所述检测室灌流溶液中，所述校核管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，凹槽位于所述校核管和所述样本管中间的所述检测室底面位置；
(13)使用显微操纵仪将电极靠近位于所述凹槽中的表达有待测目标信号物质受体的细胞；
(14)使用连接于电极底座上的气球施加负压，吸附细胞膜，形成检测探针。
进一步地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，步骤(2)所述利用标准品对所述检测探针进行校核，其方法为：使用显微操纵仪将所述检测探针由所述校核管上开口移入所述校核管内，从所述校核管入口依次使用注射器注入已知浓度和成分的标准品，校核结束将所述检测探针由所述校核管上开口移出。
进一步地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，步骤(3)所述利用微透析方法获得生物选定组织的样本，其方法为：对生物活体植入微透析探针，所述微透析探针入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵驱动推进，所述微透析探针出口经导管与所述检测室中所述样本管入口连接。
进一步地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，步骤(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液进一步包括：
(41)所述样本管浸没在检测室溶液中，所述样本管在朝向液面方向的管壁上开有小孔，所述样本管出口经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵驱动抽拉；
(42)使用显徼操纵仪将所述检测探针由所述样本管上开口移入所述样本管内，与样本溶液接触，测量结束后将所述检测探针由所述样本管上开口移出。
进一步地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，步骤(5)所述使用电生理方法测量膜上电导量，进一步包括：
(51)使用膜片钳放大器对电极记录信号进行放大；
(52)对放大器输出模拟信号使用数模转化器转化为数字信号；
(53)所述数字信号输入电脑并使用软件分析输入，根据校核结果进行计算，获得目标测量物质的浓度值。
进一步地，本发明所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录，其方法为在测量过程中对生物进行预订干预，使用软件对分析得到的目标测量物质在在线样本中浓度进行实时显示，并记录测量数据。
本发明还公开了一种快速生物信号的实时在线检测装置，包括：微透析活体取样系统、与所述微透析活体取样系统连接的检测室，与所述检测室连接的检测探针，和与检测探针输出端连接的电生理分析记录系统。
优选地，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，所述微透析活体取样系统包括一个在生物活体植入的微透析探针，其入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵驱动推进，所述微透析探针出口经导管与所述检测室中所述样本管入口连接，所述样本管出口经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵驱动抽拉。
优选地，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，所述检测室的上部开放，重力灌流系统连接所述检测室出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室，所述重力灌流系统包括立架、注射器管、蠕动泵和检测室废液瓶，校核管和样本管浸没于所述检测室灌流溶液中，所述校核管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管和所述校核管在朝向液面方向的管壁上开有小孔，所述检测室具有一个凹槽位于所述校核管和所述样本管中间的所述检测室底面位置，所述校核管出口连接一个校核管废液瓶。
优选地，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，所述检测电极包括电极底座和与所述电极底座连接的玻璃电极，所述玻璃电极前端吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构，所述电极底座包括插入所述玻璃电极中的银丝、连通电极液的导管、气球、压力表、和连接放大器的电极导线；所述电生理分析记录系统包括数字模拟转换器，核算计算模块，所述校核计算模块的输入端与所述数字模拟转换器连接，输出端分别连接记录模块和存储模块。
本发明的快速生物信号的实时在线检测方法，基于微透析、电生理这两种现有技术实现。通过利用微透析技术实现了生物的微创持续取样，通过使用电生理技术获得了测量快速、灵敏度高的数据，通过该方法中涉及的检测室，实现了定量在线测量的数据，同时在不同实验配置的变更还可以实现对多种信号物质的同步测量，而借助不同生物膜结构的选择，可以简单的变更待测目标信号物质，具有广泛的适用性。基于上述方法的装置结构简单，测量结果准确有效。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的装置系统结构框图；
图2是本发明的装置的系统示意图；
图3是本发明的微透析活体取样系统示意图；
图4是本发明的检测室结构示意图；
图5是本发明的检测探针及电生理分析记录系统示意图。
图中的附图标记为：1、微透析活体取样系统；2、检测室；3、检测探针；4、电生理分析记录系统；11、第一注射泵；12、生物活体；13、微透析探针；14、第二注射泵；15、控制信号连接线；202、腔体；203、样本管；204、校核管；205、样本管入口；206、检测室入口；207、校核管入口；208、凹槽；209、样本管开孔；210、样本管出口；211、校核管开孔；212、校核管出口；213、检测室出口；214、校核管废液瓶；215、立架；216、注射器管；217、蠕动泵；218、检测室废液瓶；31、表达待测目标信号物质受体的膜结构；32、电极导线；33、玻璃电极；34、电极底座；35、压力表；36、气球。
具体实施方式
本发明专利涉及生物信号检测方法，尤其是对于在体快速生物小分子信号物质的实时并行定量测量方法。本发明针对目前测量方法的不足，提供了一种使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体膜结构作为检测探针，使用微透析方法获得在体生物信号物质样本，在检验室的管路线路中测量信号物质对检测探针电导的影响，使用膜片钳放大器放大信号，使用标准品校核检测数据，使用软件分析数据获得管路中信号物质浓度，在测量过程中刺激检测生物，获得快速生物小分子信号物质准确浓度的实时变化信息。本发明通过多个模块的组合完成本方法，本发明应用于生物电信号测量领域。
如图1所示，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，包括：微透析活体取样系统1、与所述微透析活体取样系统1连接的检测室2，与所述检测室2连接的检测探针3，和与检测探针3输出端连接的电生理分析记录系统4。
如图2和图3所示，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，所述徼透析活体取样系统1包括一个在生物活体12植入的徼透析探针13，其入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵11驱动推进，所述微透析探针13出口经导管与所述检测室2中所述样本管入口205连接，所述样本管出口210经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵14驱动抽拉。所述第一注射泵11和第二注射泵14之间具有控制信号连接线15进行同步控制。
如图4所示，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，将检测室2置于显微镜载物台上，所述检测室2包括：检测室腔体202，检测室出入口206、218，重力灌流系统，校核管204，校核管出入口207、212，样本管203，样本管出入口205、210，凹槽218，校核管废液瓶214。重力灌流系统包括立架215、注射器管216、蠕动泵217、检测室废液瓶218。重力灌流系统中溶液加注到注射器管216中，悬挂于立架215上，注射器管216出口与检测室入口206由连接管连接，检测室出口213与置于地面的检测室废液瓶218入口由连接管连接，连接管穿过蠕动泵217，由蠕动泵217控制流速，在实验过程中进行持续灌流。所述检测室2的上部开放，重力灌流系统连接所述检测室2出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室2，校核管204和样本管203浸没于所述检测室2灌流溶液中，所述校核管出入口207、212沿灌流方向位于所述检测室2两端，所述样本管出入口205、210沿灌流方向位于所述检测室2两端，所述样本管203和所述校核管204在朝向液面方向的管壁上开有小孔(样本管开孔209和校核管开孔211)，校核管入口207用于连接注射器，校核管出口用导管连接校核管废液瓶214。所述检测室2具有一个凹槽208位于所述校核管204和所述样本管203中间的所述检测室2底面位置。
如图5所示，本发明的快速生物信号的实时在线检测装置，所述检测电极3包括电极底座34和与所述电极底座34连接的玻璃电极33，为使用玻璃毛细管拉制成特定口径的玻璃电极33，灌注电极液检查无气泡，连接电极底座34。所述玻璃电极33前端吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构31，所述电极底座34包括插入所述玻璃电极中的银丝、连通电极液的导管、气球36、压力表35、和连接放大器的电极导线32；玻璃电极底座34连接显徼操纵仪并固定，显微操纵仪固定于显微镜载物台上。将电极底座34导线接入膜片钳放大器的输入端，膜片钳放大器的输出端连接如数模转化器的输入端。所述电生理分析记录系统4包括数字模拟转换器，核算计算模块，所述校核计算模块的输入端与所述数字模拟转换器连接，输出端分别连接记录模块和存储模块。
本发明的快速生物信号实时在线检测方法，包括如下步骤：
(1)使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针；进一步包括：(11)使用玻璃电极连接显微操纵仪，在显微镜下进入检测室；(12)所述检测室上部开放，重力灌流系统连接所述检测室出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室，校核管和样本管浸没于所述检测室灌流溶液中，所述校核管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，凹槽位于所述校核管和所述样本管中间的所述检测室底面位置；(13)使用显微操纵仪将电极靠近位于所述凹槽中的表达有待测目标信号物质受体的细胞；(14)使用连接于电极底座上的气球施加负压，吸附细胞膜，形成检测探针。
(2)利用标准品对所述检测探针进行校核，其方法为：使用显微操纵仪将所述检测探针由所述校核管上开口移入所述校核管内，从所述校核管入口依次使用注射器注入已知浓度和成分的标准品，校核结束将所述检测探针由所述校核管上开口移出。
(3)利用微透析方法获得生物选定组织的样本，其方法为：对生物活体植入微透析探针，所述微透析探针入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵驱动推进，所述微透析探针出口经导管与所述检测室中所述样本管入口连接。
(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液，进一步包括：(41)所述样本管浸没在检测室溶液中，所述样本管在朝向液面方向的管壁上开有小孔，所述样本管出口经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵驱动抽拉；(42)使用显微操纵仪将所述检测探针由所述样本管上开口移入所述样本管内，与样本溶液接触，测量结束后将所述检测探针由所述样本管上开口移出。进液注射器和出液注射器经由控制信号连接线15控制，对控制指令进行同步。
(5)使用电生理方法测量膜上电导量，进一步包括：(51)使用膜片钳放大器对电极记录信号进行放大；(52)对放大器输出模拟信号使用数模转化器转化为数字信号；(53)所述数字信号输入电脑并使用软件分析输入，根据校核结果进行计算，获得目标测量物质的浓度值。
(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录，其方法为在测量过程中对生物进行预订干预，使用软件对分析得到的目标测量物质在在线样本中浓度进行实时显示，并记录测量数据。
实施实例1：利用本发明中所述快速生物小分子信号物质的测量方法，可以实现对多种信号物质的同步测量。具体方法为，根据待测目标信号物质分别选择表达有对应受体的细胞，使用滴管将细胞分别放置在检测室凹槽内不同位置处，分别用多只玻璃电极依次吸附不同的膜结构，并依此校核待用，将多只电极依此移入样本管开孔内，开始实验。通过此方法不同受体的检测探针可以同时进行测量操作，获得的两组数据为同一生物样本同一部位多种信号物质的同步实时检测。
实施实例2：利用本发明中所述快速生物小分子信号物质的测量方法，可以实现对同一生物样本不同部位信号物质的同步测量。具体方法为，根据待测部位数目，依次在生物样本不同部位植入微透析探针，微透析探针可以通过夹持在同一注射泵上的多只注射器同步驱动，根据待测部位数目在检测室增加样本管数目，依此将校核后的检测探针伸入各个样本管开孔内进行测量。通过此方法同一生物样本中不同部位信号物质可以实现同步测量。
实施实例3：利用本发明中所述快速生物小分子信号物质的测量方法，可以实现对待测目标信号物质测量范围的扩增。使用两根玻璃电极，分别与表达有待测信号物质受体的细胞形成全细胞模式连接和外面朝外模式的连接。其中全细胞模式连接的检测探针由于表面积较大可以覆盖高浓度的测量范围，而外面朝外模式连接的检测探针由于表面积较小可以覆盖低浓度的测量范围，而通过调节玻璃电极开口直径，可以对其测量范围分别进行调整。通过此方法可以对变化幅度较大的生物信号物质进行优化的检测。
综上所述，本发明的快速生物信号的实时在线检测方法，基于微透析、电生理这两种现有技术实现。通过利用微透析技术实现了生物的徼创持续取样，通过使用电生理技术获得了测量快速、灵敏度高的数据，通过该方法中涉及的检测室，实现了定量在线测量的数据，同时在不同实验配置的变更还可以实现对多种信号物质的同步测量，而借助不同生物膜结构的选择，可以简单的变更待测目标信号物质，具有广泛的适用性。基于上述方法的装置结构简单，测量结果准确有效。
Claims (11)
1.一种快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针；
(2)利用标准品对所述检测探针进行校核；
(3)利用微透析方法获得生物选定组织的样本；
(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液；
(5)使用电生理方法测量膜上电导量；
(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录。
2.如权利要求1所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(1)所述的使用玻璃电极吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构作为检测探针进一步包括：
(11)使用玻璃电极连接显微操纵仪，在显微镜下进入检测室；
(12)所述检测室上部开放，重力灌流系统连接所述检测室出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室，校核管和样本管浸没于所述检测室灌流溶液中，所述校核管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，凹槽位于所述校核管和所述样本管中间的所述检测室底面位置；
(13)使用显微操纵仪将电极靠近位于所述凹槽中的表达有待测目标信号物质受体的细胞；
(14)使用连接于电极底座上的气球施加负压，吸附细胞膜，形成检测探针。
3.如权利要求2所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(2)所述利用标准品对所述检测探针进行校核，其方法为：使用显微操纵仪将所述检测探针由所述校核管上开口移入所述校核管内，从所述校核管入口依次使用注射器注入已知浓度和成分的标准品，校核结束将所述检测探针由所述校核管上开口移出。
4.如权利要求2所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(3)所述利用徼透析方法获得生物选定组织的样本，其方法为：对生物活体植入微透析探针，所述微透析探针入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵驱动推进，所述微透析探针出口经导管与所述检测室中所述样本管入口连接。
5.如权利要求2所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(4)所述检测探针在检测室内接触样本溶液进一步包括：
(41)所述样本管浸没在检测室溶液中，所述样本管在朝向液面方向的管壁上开有小孔，所述样本管出口经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵驱动抽拉；
(42)使用显微操纵仪将所述检测探针由所述样本管上开口移入所述样本管内，与样本溶液接触，测量结束后将所述检测探针由所述样本管上开口移出。
6.如权利要求2所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(5)所述使用电生理方法测量膜上电导量，进一步包括：
(51)使用膜片钳放大器对电极记录信号进行放大；
(52)对放大器输出模拟信号使用数模转化器转化为数字信号；
(53)所述数字信号输入电脑并使用软件分析输入，根据校核结果进行计算，获得目标测量物质的浓度值。
7.如权利要求2所述的快速生物信号实时在线检测方法，其特征在于，步骤(6)在测量过程中对生物进行预定干预，对快速生物信号进行实时的数据显示和记录，其方法为在测量过程中对生物进行预订干预，使用软件对分析得到的目标测量物质在在线样本中浓度进行实时显示，并记录测量数据。
8.一种快速生物信号的实时在线检测装置，其特征在于，包括：微透析活体取样系统、与所述微透析活体取样系统连接的检测室，与所述检测室连接的检测探针，和与检测探针输出端连接的电生理分析记录系统。
9.如权利要求8所述的快速生物信号的实时在线检测装置，其特征在于，所述微透析活体取样系统包括一个在生物活体植入的微透析探针，其入口经导管与进液注射器连接，所述进液注射器由第一注射泵驱动推进，所述徼透析探针出口经导管与所述检测室中所述样本管入口连接，所述样本管出口经导管与出液注射器连接，所述出液注射器由第二注射泵驱动抽拉。
10.如权利要求8所述的快速生物信号的实时在线检测装置，其特征在于，所述检测室的上部开放，重力灌流系统连接所述检测室出入口，驱动透析用溶液流经所述检测室，所述重力灌流系统包括立架、注射器管、蠕动泵和检测室废液瓶，校核管和样本管浸没于所述检测室灌流溶液中，所述校核管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管出入口沿灌流方向位于所述检测室两端，所述样本管和所述校核管在朝向液面方向的管壁上开有小孔，所述检测室具有一个凹槽位于所述校核管和所述样本管中间的所述检测室底面位置，所述校核管出口连接一个校核管废液瓶。
11.如权利要求8所述的快速生物信号的实时在线检测装置，其特征在于，所述检测电极包括电极底座和与所述电极底座连接的玻璃电极，所述玻璃电极前端吸附表达待测目标信号物质受体的膜结构，所述电极底座包括插入所述玻璃电极中的银丝、连通电极液的导管、气球、压力表、和连接放大器的电极导线；所述电生理分析记录系统包括数字模拟转换器，核算计算模块，所述校核计算模块的输入端与所述数字模拟转换器连接，输出端分别连接记录模块和存储模块。
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