CN104034756A - 基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器，包括仪器外壳、采集卡、放大滤波电路模块、变压器、电源模块、功率放大电路模块、细胞阻抗传感器芯片接口、细胞阻抗传感器芯片器件、细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片；细胞阻抗传感器芯片器件通过细胞阻抗传感器芯片接口与功率放大电路模块和放大滤波电路模块连接。该仪器具有对细胞无损、便携、灵敏度高的优点，能用于快速的藻类腹泻性毒素的高通量检测，适合现场快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种毒素检测仪器，尤其涉及一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器。
背景技术
半个世纪以来，海洋污染日益严重，赤潮频繁发生，有毒藻类被藻类动物摄入，经过积累和转化，形成藻类毒素。藻类毒素危害具有突发性和广泛性，而且毒性大、反应快、无适宜解毒剂。目前，生物毒素常用的检测技术主要是小鼠生物检测法和高效液相色谱-质谱联用技术。前者为国际标准的检测手段，但是操作繁琐费时，无法进行高通量的快速检测；而后者需要专业技术人员和昂贵的实验仪器，成本较高。
细胞电阻抗传感器（Electric Cell-Substrate Impedance Sensing，ECIS）是测量细胞形态变化、细胞移动或者细胞间相互接触而引起的细胞层电阻变化的平台技术。而目前也未见文献报道使用神经细胞阻抗传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器。
目前，生物毒素现有的检测技术主要是小鼠生物检测法和高效液相色谱-质谱联用技术。小鼠生物检测法不精确，一致性较低；高效液相色谱-质谱联用技术无法进行现场检测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器，包括仪器外壳、采集卡、放大滤波电路模块、变压器、电源模块、功率放大电路模块、细胞阻抗传感器芯片接口、细胞阻抗传感器芯片器件、细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片；在密封的仪器外壳中，采集卡、放大滤波电路模块、变压器、电源模块固定在仪器外壳的底部，放大滤波电路模块固定在采集卡上方；电源模块为采集卡、放大滤波电路模块、功率放大电路模块供电；细胞阻抗传感器芯片接口和细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片固定在仪器外壳的顶部上方，细胞阻抗传感器芯片器件安装在细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片上；细胞阻抗传感器芯片接口内部引脚与放大滤波电路模块、功率放大电路模块连接；所述细胞阻抗传感器芯片器件包括十六通道细胞阻抗传感器芯片、细胞阻抗传感器芯片安装台、细胞阻抗传感器芯片连接杆、细胞阻抗传感器芯片电路板和细胞阻抗传感器芯片弯针；其中十六通道细胞阻抗传感器芯片固定在细胞阻抗传感器芯片安装台上，并通过细胞阻抗传感器芯片连接杆焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板上；同时，细胞阻抗传感器芯片弯针焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板上，细胞阻抗传感器芯片弯针与细胞阻抗传感器芯片接口相匹配。
进一步地，所述细胞阻抗传感器芯片器件的底座嵌于细胞阻抗传感器芯片底座连接器中，并固定在仪器外壳的顶部上方，底座与仪器外壳之间垫有细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片。
本发明的有益效果是：该仪器具有对细胞无损、便携、灵敏度高的优点，能用于快速的藻类腹泻性毒素的高通量检测，适合现场快速检测。
附图说明
图1是本发明毒素检测仪器的整体结构图；
图2是细胞阻抗传感器芯片器件结构图；
图3是细胞阻抗传感器芯片底座图；
图4是本发明毒素检测仪器的结构示意图；
图5是放大滤波电路模块电路原理图；
图6是电源模块电路原理图；
图7是功率放大电路模块电路原理图；
图8是藻类腹泻性毒素检测结果图；
图中：仪器外壳1、采集卡2、放大滤波电路模块3、变压器4、电源模块5、功率放大电路模块6、细胞阻抗传感器芯片接口7、细胞阻抗传感器芯片器件8、细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片9、十六通道细胞阻抗传感器芯片10、细胞阻抗传感器芯片安装台11、细胞阻抗传感器芯片连接杆12、细胞阻抗传感器芯片电路板13、细胞阻抗传感器芯片弯针14、细胞阻抗传感器芯片底座连接器15、细胞阻抗传感器芯片底座16。
具体实施方式
图1给出了基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器的整体机构图。它包括了仪器外壳1、采集卡2、放大滤波电路模块3、变压器4、电源模块5、功率放大电路模块6、细胞阻抗传感器芯片接口7、细胞阻抗传感器芯片器件8、细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片9。在密封的仪器外壳1中，采集卡2、放大滤波电路模块3、变压器4、电源模块5固定在仪器外壳1的底部；放大滤波电路模块3固定在采集卡2上方；细胞阻抗传感器芯片接口7和细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片9固定在仪器外壳1的顶部上方，细胞阻抗传感器芯片器件8安装在细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片9上；细胞阻抗传感器芯片接口7内部引脚与放大滤波电路模块3、功率放大电路模块6连接。
图2给出了细胞阻抗传感器芯片器件8的结构图。细胞阻抗传感器芯片器件8包括十六通道细胞阻抗传感器芯片10、细胞阻抗传感器芯片安装台11、细胞阻抗传感器芯片连接杆12、细胞阻抗传感器芯片电路板13和细胞阻抗传感器芯片弯针14，其中十六通道细胞阻抗传感器芯片10固定在细胞阻抗传感器芯片安装台11上，并通过细胞阻抗传感器芯片连接杆12焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板13上；同时，细胞阻抗传感器芯片弯针14焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板13上，细胞阻抗传感器芯片弯针14与细胞阻抗传感器芯片接口7相匹配，实验时，细胞阻抗传感器芯片器件8通过细胞阻抗传感器芯片接口7与仪器内部连接。
图3给出了细胞阻抗传感器芯片器件8的底座图，细胞阻抗传感器芯片器件8的底座16嵌于细胞阻抗传感器芯片底座连接器15中，并固定在仪器外壳1的顶部上方，底座16与仪器外壳1之间垫有细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片9。
图4给出了本发明基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器的结构示意图。基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器包括计算机、采集卡2、功率放大电路模块6、放大滤波电路模块3、细胞阻抗传感器芯片器件8和电源模块5。采集卡2、功率放大电路模块6、放大滤波电路模块3通过电源模块5供电；计算机与采集卡2连接；采集卡2的输入口、输出口分别通过导线与功率放大电路模块6、放大滤波电路模块3连接；细胞阻抗传感器芯片器件8通过细胞阻抗传感器芯片接口7与功率放大电路模块6和放大滤波电路模块3连接。
本发明一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器的工作流程为：
（1）计算机控制采集卡2产生30mV幅值、10kHz的交流激励源；
（2）通过功率放大电路模块6后加载到十六通道细胞阻抗传感器芯片10上，产生电流信号；
（3）将步骤（2）产生的电流信号作为放大滤波电路模块3的输入，经过放大滤波之后由采集卡2进行电压信号的采集；
然后返回计算机进行数据处理显示，初始状态下通过阻抗转换计算出传感器芯片基线值Z0，工作状态下通过阻抗转换计算出传感器工作阻抗Z，并通过计算公式细胞指数 算出细胞指数值。以上过程不断循环。
图5给出了放大滤波电路模块电路原理图。针对十六通道细胞阻抗传感器芯片10，放大滤波电路模块3有十六组放大滤波电路，经过细胞阻抗传感器芯片器件8的电流信号作为放大滤波电路模块3的输入，经过一级、二级放大器和高通滤波器后输出到采集卡2的输入端。
图6给出了电源模块电路原理图，220V交流电压经过交流变压器后降压为15V交流电压作为电源模块5的交流输入，经过整流、分压后输出5V直流电压为放大滤波电路模块3、功率放大电路模块6提供电源。
图7给出了功率放大电路模块电路原理图。采集卡2产生的30mV幅值、10kHz的交流激励源作为功率放大电路模块6的激励输入，经过电压跟随、功率放大后加载到十六通道细胞阻抗传感器芯片10上。
以下给出仪器的应用实例。
基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器主要应用于藻类腹泻性毒素的检测。细胞阻抗传感器通过测量培养于芯片上的细胞群或单个细胞的阻抗特性表明细胞的生长状态。在芯片上培养神经细胞，同时开始实时测量；在培养22小时后分别加入25ug/L、 50ug/L、100ug/L的大田软海绵酸藻类腹泻性毒素，结果如图8所示，比较真实的反映了细胞生长、中毒凋亡或者正常凋亡的整个过程。实验结果证明本仪器可正确检测藻类腹泻性毒素。
Claims (2)
1.一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器，其特征在于，该仪器包括仪器外壳（1）、采集卡（2）、放大滤波电路模块（3）、变压器（4）、电源模块（5）、功率放大电路模块（6）、细胞阻抗传感器芯片接口（7）、细胞阻抗传感器芯片器件（8）、细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片（9）；在密封的仪器外壳（1）中，采集卡（2）、放大滤波电路模块（3）、变压器（4）、电源模块（5）固定在仪器外壳（1）的底部，放大滤波电路模块（3）固定在采集卡（2）上方；电源模块（5）为采集卡（2）、放大滤波电路模块（3）和功率放大电路模块（6）供电；细胞阻抗传感器芯片接口（7）和细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片（9）固定在仪器外壳（1）的顶部上方，细胞阻抗传感器芯片器件（8）安装在细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片（9）上；细胞阻抗传感器芯片接口（7）内部引脚与放大滤波电路模块（3）、功率放大电路模块（6）连接；所述细胞阻抗传感器芯片器件（8）包括十六通道细胞阻抗传感器芯片（10）、细胞阻抗传感器芯片安装台（11）、细胞阻抗传感器芯片连接杆（12）、细胞阻抗传感器芯片电路板（13）和细胞阻抗传感器芯片弯针（14）；其中十六通道细胞阻抗传感器芯片（10）固定在细胞阻抗传感器芯片安装台（11）上，并通过细胞阻抗传感器芯片连接杆（12）焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板（13）上；同时，细胞阻抗传感器芯片弯针（14）焊接在细胞阻抗传感器芯片电路板（13）上，细胞阻抗传感器芯片弯针（14）与细胞阻抗传感器芯片接口（7）相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种基于神经细胞传感器的便携式藻类腹泻性毒素检测仪器，其特征在于，所述细胞阻抗传感器芯片器件（8）的底座（16）嵌于细胞阻抗传感器芯片底座连接器（15）中，并固定在仪器外壳（1）的顶部上方，底座（16）与仪器外壳（1）之间垫有细胞阻抗传感器芯片缓冲垫片（9）。
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