CN105044167A - 一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置及制备使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置及制备使用方法，并成功用于检测人类唾液中的α-淀粉酶浓度，原理为淀粉在α-唾液淀粉酶的作用下分解生成麦芽糖，具有还原性的麦芽糖与铁氰化钾在碱性条件下发生氧化还原反应：麦芽糖+铁氰化钾→麦芽糖酸+亚铁氰化钾。电极电位由铁氰化钾与亚铁氰化钾的浓度比决定，因此生成的亚铁氰化钾会引起相应电极的电位变化，即α-淀粉酶活性越高，测得电位变化越大，通过测量电位变化可以计算出α-唾液淀粉酶的活性。相对于传统的唾液α-淀粉酶方法，利用电位法检测快速简便，所需试剂稳定性好，两电极组成的电化学检测系统制备工艺简单，所需检测电路简单，功耗低，成本低，具有很好的应用价值。

Description

一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置及制备使用方法

技术领域

本发明属于电化学测定分析领域，具体讲一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置及制备使用方法，并应用于人类唾液淀粉酶的定量检测。

背景技术

唾液淀粉酶活性是交感神经最敏感的指标。近年来，唾液淀粉酶活性检测的可靠性和有效性已被广泛认可，它已成为一种反映人体自主神经系统最为灵敏的指标，在国外已经被广泛用于心理压力和疾病的研究。因此，人体唾液中的唾液淀粉酶的准确、快速检测对于人类自主神经系统的研究和心理学、生理学等领域的发展具有重要意义。

传统的唾液淀粉酶检测主要采用生化仪进行操作，这一过程需要经过专业培训的操作人员在耗时且严格的样品预处理后使用专业仪器和昂贵试剂进行检测，对于人力、设备、时间和金钱都提出了较高的要求，应用不方便，阻碍了唾液淀粉酶检测技术的进一步发展。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电位测量的唾液淀粉酶检测方法与装置，价格低廉、诊断检测速度快、线性范围广、制备工艺简单；较常规生物仪而言可定量快速无创检测唾液淀粉酶，应用价值良好。

本发明专利涉及的新方法采用电位法进行测量。电位法是一种电化学检测方法，灵敏度高、仪器简单、功耗低、价格低廉，可做成便携式微型化的传感器，在生化检测领域已逐渐得到了广泛的应用。电位法仅需两电极系统，电极电压由氧化还原电对的相对浓度决定，即能斯特公式：

电极与电极面积无关，因此对电极的加工水平要求不高；检测电位大多在毫伏级别，设备简单，功耗低。由于检测反应在微型虹吸槽通道内进行，检测试剂扩散距离减小，反应速度快，无需加热提高反应速率，节约了加热所需额外的能量消耗和控制装置。同时，本方法所需样品极少(2μL)，无需额外混合装置，整体检测时间可以控制在5分钟内，并且试剂稳定性高，可在室温下储存较长时间。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，包括相互连接的分析芯片和检测系统；

所述分析芯片包括样品虹吸通道和丝网印刷电极，所述样品虹吸通道包括两个或两个以上分支通道，所述分支通道与所述丝网印刷电极连接或交叉；

所述虹吸通道内添加有检测试剂，所述检测试剂包括淀粉和铁氰化钾；所述丝网印刷电极包括互不连接的检测电极，包括待测电极和固定电位电极。

进一步的，在本发明中，所述检测试剂为2μL0.01MPBS溶液，pH7.4，所述溶液中含有0.04g/mL可溶性淀粉、200mM铁氰化钾和150mM氢氧化钠。

进一步的，在本发明中，所述固定电位电极采用氯化银参比电极，所述待测电极采用碳电极，呈“L”型设置；所述样品虹吸通道的两个分支通道交叉穿过所述“L”型待测电极的下端横向部分的碳电极，将所述样品虹吸通道分为三个部分：在与所述待测电极交叉处下侧的部分为反应区；在与所述待测电极交叉处及上侧的一条分支通道为检测区；在与所述待测电极交叉处上侧的另一条分支通道为挤压区。

进一步的，在本发明中，所述固定电位电极和所述待测电极均采用碳电极，所述固定电位电极上固定有氢氧化钠；所述样品虹吸通道的两个分支通道对称设置，分别连接垂直设置的所述固定电位电极和所述待测电极；所述固定电位电极一侧设有指示线。

进一步的，在本发明中，所述检测系统包括电位信号采集硬件模块和移动终端软件；所述丝网印刷电极分别通过相应设置在所述分析芯片上端的电极检测接口连接所述电位信号采集硬件模块，所述电极检测接口包括待测电极检测接口和固定电位电极接口。

制备基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的方法，包括以下步骤：

1)基底的一面印上两侧丝印油墨；

2)所述基底的上端用作检测接口，下端作为检测电极；

3)所述检测电极的一侧涂上氯化银墨水或涂上氢氧化钠，阴干；

4)中间层切出相应的通道即为所述样品虹吸通道，贴在所述基底印有石墨的一面；

5)最上层用2％的吐温20进行亲水处理，贴在所述中间层上；

6)吸取检测试剂混合溶液进入分析芯片，常温阴干。

进一步的，在本发明中，所述中间层为双面胶，所述最上层和基底为塑料片；三者均为宽度一致的长方形形状，所述中间层和最上层长度一致，小于所述基底的长度。

基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，包括如下步骤：

a)将所述检测系统的电位信号采集硬件模块插在移动终端的USB接口上，确认所述检测系统的移动终端软件连接成功；

b)吸取待测唾液进入所述样品虹吸通道，待唾液浸没所述位置后停止吸取，启动所述移动终端软件程序，虹吸通道内开始进行氧化还原反应；

c)将所述分析芯片的电极检测接口插在所述检测系统的电位信号采集硬件模块的接口上，等待反应完全后，检测区内的电位变化经电位信号采集硬件模块采集并传输信号给移动终端软件，处理并显示结果。

进一步的，在本发明中，所述固定电位电极采用氯化银参比电极，所述待测电极采用碳电极，在反应区内进行反应，等待反应完全移动终端提示音响起后，在挤压区施压，挤压待测唾液至检测区，移动终端软件处理信息并显示结果；

进一步的，在本发明中，所述固定电位电极上固定有氢氧化钠，所述待测电极采用碳电极，待测唾液直接进入检测区内反应，等待反应完全移动终端提示音响起后，移动终端软件处理信息并显示结果。

有益效果：本发明提供的基于电位测量的唾液淀粉酶检测方法与装置，将生物信号转换为电化学信号用于定量检测，检测过程简单快速，无需专业人员操作，无需外部供能，芯片易于制备、可量产制备，价格低廉并具有很好的实用性。

本发明中涉及的基于电位测量的唾液淀粉酶检测方法与装置与现有技术相比具有以下优点：

1、制备简单，价格低廉，易于批量生产；

2、相比安培法，电位测量不受电极面积，溶液电阻等影响；

3、操作简便，适合非专业人士使用；

4、检测准确率高，稳定性好，线性范围广；

5、微型装置，无需加热，耗能和试剂样品消耗少；

6、检测快速：检测时间控制在5分钟之内，能够满足现场检测的需求。

附图说明

图1为本发明的方案原理图；

图2为本发明涉及的第一种检测芯片的三层剖面结构示意图和整体俯视图；

图3为本发明涉及的第二种检测芯片的三层剖面结构示意图和整体俯视图；

图4为不同浓度唾液淀粉酶条件下对应的检测电位差示意图；

其中：最上层1，中间层2，基底3，电极4，氯化银参比电极5，电极检测接口6，氯化银参比电极检测接口7，固定电位电极8，检测区9；挤压区10；提示线11；反应区12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，包括相互连接的分析芯片和检测系统；其中，分析芯片包括样品虹吸通道和丝网印刷电极，样品虹吸通道包括两个或两个以上分支通道，该分支通道与丝网印刷电极连接或交叉，形成检测区9；

丝网印刷电极包括互不连接的检测电极，包括待测电极4和固定电位电极8；检测系统包括电位信号采集硬件模块14和移动终端软件13；其中电位信号采集硬件模块负责将丝网印刷电极测得的电位信号变化实时传递给移动终端，移动终端软件负责检测中的计时和电位信号数据处理及显示。丝网印刷电极分别通过相应设置在分析芯片上端的电极检测接口连接电位信号采集硬件模块14，电极检测接口包括待测电极检测接口6和固定电位电极接口7。

样品虹吸通道内预先添加有检测试剂为：2μL0.01MPBS溶液，pH7.4，该溶液中含有0.04g/mL可溶性淀粉、200mM铁氰化钾和150mM氢氧化钠；待溶液干燥后将试剂固定在通道内。样品虹吸通道用于容纳检测试剂，吸取待测唾液并作为反应场所，检测试剂中的淀粉会被唾液淀粉酶水解产生麦芽糖，麦芽糖具有还原性，可还原试剂中的铁氰化钾为亚铁氰化钾，丝网印刷电极可以将铁氰化钾和亚铁氰化钾的浓度比变化定量转化为电位信号的变化。

如图1所示，本发明检测方法的原理为：过量的淀粉在α-唾液淀粉酶的作用下分解生成麦芽糖，具有还原性的麦芽糖与铁氰化钾在碱性条件下发生氧化还原反应，反应式为：麦芽糖+铁氰化钾→麦芽糖酸+亚铁氰化钾(反应1)。由于电极电位由铁氰化钾与亚铁氰化钾的浓度比决定，即电极电位：

其中E^0’为标准电极电位，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数。因此反应1生成的亚铁氰化钾会引起相应电极的电位变化。淀粉酶活性越高，所测得电位差越大。通过测量反应前后电极的电位差，可以计算出唾液淀粉酶的活性，如图4所示。

实施例1利用参比电极测定唾液淀粉酶的装置

如图2所示，固定电位电极8采用氯化银参比电极5，待测电极4采用碳电极，呈“L”型设置；样品虹吸通道从样品进口分成一个垂直方向的封闭分支通道和一个斜角方向的分支通道，通过挤压封闭分支通道可以实现液体想斜角分支通道的定向流动，两个分支通道穿过“L”型待测电极4的下端横向部分的碳电极，上侧部分的分支通道均为垂直方向设置，样品虹吸通道分为三个部分：在与待测电极4交叉处下侧的部分为反应区12；在与待测电极4交叉处及上侧的一条分支通道为检测区9；在与待测电极4交叉处上侧的另一条分支通道为挤压区10。分离反应区和检测区可以最大程度地减少预置试剂中铁氰化钾与氯化银参比电极的接触时间，能提高检测精度和重复性。

本发明所提供的利用参比电极测定唾液淀粉酶的装置制备步骤包括：

1)将塑料片切割成16mm×9mm长方形，用作基底3，使用丝网印刷技术在一面印上丝印油墨图案；

2)丝印油墨基底3的上端用作检测接口，下端作为检测电极；

3)下端一侧涂上氯化银墨水用作氯化银参比电极5，阴干；

4)将双面胶切割成12mm×9mm长方形，并用激光切割机切出通道即为所述样品虹吸通道，用作中间层2，贴在基底3印有石墨的一面；

5)将塑料片切割成12mm×9mm长方形，使用2％的吐温20进行亲水处理，用作最上层1，贴在中间层2上。

6)将含铁氰化钾和氢氧化钠的溶液混匀，吸取2μL混合溶液进入分析芯片常温阴干，具体过程为：

6-1)取0.25g可溶性淀粉加入3mL超纯水，100℃加热900r搅拌五分钟，形成淀粉溶液；

6-2)取PBS配置浓度为800mM的铁氰化钾溶液和浓度为600mM的氢氧化钠溶液；

6-3)取上述淀粉溶液2mL,铁氰化钾溶液1mL,氢氧化钠溶液1mL混合均匀；吸取2μL上述混合溶液在分析芯片上室温阴干。

基于参比电极电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，包括如下步骤：

a)将所述检测系统的电位信号采集硬件模块14插在移动终端的USB接口上，确认检测系统的移动终端软件13优选手机连接成功；

b)用分析芯片吸取待测唾液进入样品虹吸通道，待唾液浸没芯片丝印墨水印刷的检测电极4后停止吸取，按下手机界面上的开始按钮，启动所述移动终端软件13程序，反应区12内开始进行氧化还原反应；

c)将所述分析芯片的电极检测接口插在所述检测系统的电位信号采集硬件模块14的接口上，等待手机提示音响起(4分钟)，使用手指在挤压区10施压，挤压检测唾液至检测区9，检测区9内的电位变化经电位信号采集硬件模块14采集并传输信号给移动终端软件13，处理并显示结果，十秒后结果显示于手机上并自动保存，可随时调用，也可在手机上绘制时间—电位曲线。

通过挤压区10的挤压，液体在通道内实现定向流动，分离反应区12预置试剂中的铁氰化钾与检测区9中的氯化银参比电极8能提高检测精度和芯片的重复性，经过实验优化，等待时间设为4分钟。

实施例2利用浓差电池原理测定唾液淀粉酶的装置

如图3所示，采用丝网印刷的一对碳电极组成的两电极系统进行电位检测，固定电位电极8和待测电极4均采用碳电极，沿垂直方向平行设置，固定电位电极8上固定有0.5μL5M氢氧化钠，形成高浓度氢氧化钠电极；样品虹吸通道位于固定电位电极8和待测电极4中间垂直方向，三者平行；样品虹吸通道呈“Y”型，从样品进口先是一段主管道，然后分成两个分支通道对称设置，分别连接垂直设置的固定电位电极8和待测电极4；固定电位电极8一侧设有指示线11。

本发明所提供的利用浓差电池原理测定唾液淀粉酶的装置制作步骤包括：

1)将塑料片切割成16mm×9mm长方形，用作基底3，使用丝网印刷技术在一面印上两侧丝印油墨图案；

2)丝印油墨基底3的上端用作检测接口，下端作为检测电极；

3)将0.5μL5M的氢氧化钠滴在一侧丝印油墨电极上阴干；

4)将双面胶切割成12mm×9mm长方形，并用激光切割机切出通道即样品虹吸通道，用作中间层2，贴在基底3印有石墨的一面；

5)将塑料片切割成12mm×9mm长方形，使用2％的吐温20进行亲水处理，用作最上层1，贴在中间层2上；

6)将含铁氰化钾和氢氧化钠的溶液混匀，吸取5μL混合溶液进入分析芯片常温阴干，具体过程为：

6-1)取0.25g可溶性淀粉加入3mL超纯水，100℃加热900r搅拌五分钟，形成淀粉溶液；

6-2)取PBS配置浓度为800mM的铁氰化钾溶液和浓度为600mM的氢氧化钠溶液；

6-3)取上述淀粉溶液2mL,铁氰化钾溶液1mL,600mM氢氧化钠溶液1mL混合均匀；吸取2μL上述混合溶液在分析芯片上室温阴干。

基于浓差电池电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，包括如下步骤：

a)将所述检测系统的电位信号采集硬件模块14插在移动终端的USB接口上，确认检测系统的移动终端软件13优选手机连接成功；

b)用分析芯片吸取待测唾液进入样品虹吸通道，待唾液达到指示线11后停止吸取，按下手机界面上的开始按钮，启动移动终端软件13程序，检测区9内开始进行氧化还原反应；

c)将所述分析芯片的电极检测接口插在所述检测系统的电位信号采集硬件模块14的接口上，等待手机提示音响起(4分钟10秒)，检测区9内的电位变化经电位信号采集硬件模块14采集并传输信号给移动终端软件13，处理并结果显示在界面上并自动保存，可随时调用，也可在手机上绘制时间—电位曲线。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，其特征在于：包括相互连接的分析芯片和检测系统；

所述分析芯片包括样品虹吸通道和丝网印刷电极，所述样品虹吸通道包括两个或两个以上分支通道，所述分支通道与所述丝网印刷电极连接或交叉；

所述虹吸通道内添加有检测试剂，所述检测试剂包括淀粉和铁氰化钾；所述丝网印刷电极包括互不连接的检测电极，包括待测电极(4)和固定电位电极(8)。

2.根据权利要求1所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，其特征在于：所述检测试剂为2μL0.01MPBS溶液，pH7.4，所述溶液中含有0.04g/mL可溶性淀粉、200mM铁氰化钾和150mM氢氧化钠。

3.根据权利要求1所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，其特征在于：所述固定电位电极(8)采用氯化银参比电极，所述待测电极(4)采用碳电极，呈“L”型设置；所述样品虹吸通道的两个分支通道交叉穿过所述“L”型待测电极(4)的下端横向部分的碳电极，将所述样品虹吸通道分为三个部分：在与所述待测电极(4)交叉处下侧的部分为反应区(12)；在与所述待测电极(4)交叉处及上侧的一条分支通道为检测区(9)；在与所述待测电极(4)交叉处上侧的另一条分支通道为挤压区(10)。

4.根据权利要求1所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，其特征在于：所述固定电位电极(8)和所述待测电极(4)均采用碳电极，所述固定电位电极(8)上固定有氢氧化钠；所述样品虹吸通道的两个分支通道对称设置，分别连接垂直设置的所述固定电位电极(8)和所述待测电极(4)；所述固定电位电极(8)一侧设有指示线(11)。

5.根据权利要求1所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置，其特征在于：所述检测系统包括电位信号采集硬件模块(14)和移动终端软件(13)；所述丝网印刷电极分别通过相应设置在所述分析芯片上端的电极检测接口连接所述电位信号采集硬件模块(14)，所述电极检测接口包括待测电极检测接口(6)和固定电位电极接口(7)。

6.制备如权利要求1-5任一所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)基底(3)的一面印上两侧丝印油墨；

2)所述基底(3)的上端用作检测接口，下端作为检测电极；

3)所述检测电极的一侧涂上氯化银墨水或涂上氢氧化钠，阴干；

4)中间层(2)切出相应的通道即为所述样品虹吸通道，贴在所述基底(3)印有石墨的一面；

5)最上层(1)用2％的吐温20进行亲水处理，贴在所述中间层(2)上；

6)吸取检测试剂混合溶液进入分析芯片，常温阴干。

7.根据权利要求6所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的制备方法，其特征在于：所述中间层(2)为双面胶，所述最上层(1)和基底(3)为塑料片；三者均为宽度一致的长方形形状，所述中间层(2)和最上层(1)长度一致，小于所述基底(3)的长度。

8.根据权利要求1-5任一所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)将所述检测系统的电位信号采集硬件模块(14)插在移动终端的USB接口上，确认所述检测系统的移动终端软件(13)连接成功；

b)吸取待测唾液进入所述样品虹吸通道，待唾液浸没所述位置后停止吸取，启动所述移动终端软件(13)程序，虹吸通道内开始进行氧化还原反应；

c)将所述分析芯片的电极检测接口插在所述检测系统的电位信号采集硬件模块(14)的接口上，等待反应完全后，检测区(9)内的电位变化经电位信号采集硬件模块(14)采集并传输信号给移动终端软件(13)，处理并显示结果。

9.根据权利要求8所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，其特征在于：所述固定电位电极(8)采用氯化银参比电极，所述待测电极(4)采用碳电极，待测唾液浸没所述待测电极(4)，在反应区(12)内进行反应，等待移动终端给出提示音，在挤压区(10)施压，挤压待测唾液至检测区(9)，移动终端软件(13)处理信息并显示结果。

10.根据权利要求8所述的基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置的使用方法，其特征在于：所述固定电位电极(8)上固定有氢氧化钠，所述待测电极(4)采用碳电极，待测唾液直接进入检测区(9)内反应，等待移动终端(13)给出提示音，处理信息并显示结果；此种方法无需挤压，操作更方便。