CN105866210B - 一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法 - Google Patents

一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法，本发明将未知药效的长春新碱的信噪比峰值与常用的癌症治疗药物顺铂的信噪比峰值相比较，在已明确药效和药量的顺铂的参照下，获得长春新碱的药效和药量。本发明具有检测效率高、准确性好，为长春新碱安全使用提供了可靠基础，确保了患者安全的特点。

Description

一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及药物药效检测技术领域，尤其是涉及一种能够准确检测药效的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法。
背景技术
抗癌药物的用药量必须准确，当药量不足时，会达不到治疗效果。当药量超出安全剂量，则会引起食欲减退、恶心、呕吐、腹泻等胃肠道反应。常见又严重的毒性反应是肾脏毒性反应，重复用药可加剧肾毒性反应，主要损害肾近曲小管，使细胞空泡化、上皮脱落、管腔扩张，出现透明管型，血中尿酸过多，严重时会引起血尿等症状。
大剂量及反复用药时，会出现神经毒性反应，会损伤耳柯替口器的毛细胞，引起高频失听等。
抗癌新药的药效没有临床数据可以参考，初期使用时，完全依靠医生的摸索判断，如果药量不足时，达不到治疗效果；如果药量超出安全剂量会导致严重的毒性反应，会给患者身体带来很大伤害。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的抗癌新药的药效不明的不足，提供了一种能够准确检测药效的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置，包括电化学工作站，流通池，设于流通池内的呈辐射状排列的3块基板和设于每块基板上的电极芯片，盛有清洗溶液的第一溶液吊瓶，盛有长春新碱溶液的第二溶液吊瓶，与第一溶液吊瓶联通的第一微量泵，与第二溶液吊瓶联通的第二微量泵，与第一微量泵和第二微量泵的出液管连接的螺旋状的导液管；每个电极芯片均包括与电化学工作站连接的对电极、参比电极和工作电极，工作电极上培养有若干个癌细胞，导液管下端伸入流通池的导流管中，导流管下端设有3个分别用于将长春新碱溶液输送到各个工作电极上方的出液孔，与各个工作电极对应的流通池下部分别设有出液口；所述导液管外周面上设有加热膜；电化学工作站、第一微量泵、第二微量泵和加热膜均与计算机电连接。基板采用碳材料制成的。
当长春新碱溶液滴到癌细胞上时，癌细胞会发生反应，电化学工作站检测到的电流密度信号会发生相应变化，本发明将被检测的新药的检测信号Spect(t)输入预存于计算机中的二层随机共振系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图，在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标(M1，M2)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W1，W2)；
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂好，长春新碱的用药量需要比顺铂减少；
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，长春新碱的用药量需要比顺铂增加。
本发明将未知药效的长春新碱的信噪比峰值与常用的癌症治疗药物顺铂的信噪比峰值相比较，在已明确药效和药量的顺铂的参照下，获得长春新碱的药效和药量，为长春新碱安全使用提供了可靠基础，确保了患者的安全。
作为优选，所述流通池包括上端开口的壳体、设于壳体上的盖板和设于盖板上的3个密封圈，每个密封圈下表面均与对应的对电极外部的基板密封连接，工作电极和对电极之间的每个基板上均设有通孔。
作为优选，还包括分别设于第一溶液吊瓶和第二溶液吊瓶下部内的搅拌器，2个搅拌器均与计算机电连接。
作为优选，还包括设于导液管上的温度传感器，温度传感器与计算机电连接。
一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，包括如下步骤：
(5-1)计算机控制加热膜通电加热，第一微量泵每隔时间T1滴下0.05ml的清洗溶液，清洗溶液流经导液管时被加热，第一微量泵滴液20至30分钟后，计算机控制第一微量泵停止滴液；
(5-2)计算机控制第二微量泵每隔时间T2滴下0.05ml的长春新碱溶液，第二微量泵滴液10至15分钟后，计算机采集电化学工作站检测的3个电流密度信号S1(t)，S2(t)，S3(t)，计算机中设有标准电流密度信号f(t)，计算机分别计算S1(t)，S2(t)，S3(t)与f(t)的误差，选取其中误差小的定义为电流密度信号S(t)；
计算机在电流密度信号S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号ES(t)；
(5-3)对于ES(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
计算机中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；对于ratio位于(0.5，1-A1)和(1+A1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，
本发明根据ratio的取值范围对采样值进行修正，使处于平稳状态的采样值幅度变小，处于非平稳状态的采样值幅度保持不变，从而确保选取的检测信号最大程度的保留波动特征，进一步增加了检测结果的精度。
(5-4)用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号Spect(t)，
将Spect(t)输入预存于计算机中的二层随机共振系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图，在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标(M1，M2)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W1，W2)；
(5-5)当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂好，长春新碱的用药量需要比顺铂减少；
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，长春新碱的用药量需要比顺铂增加。
作为优选，所述将Spect(t)输入预存于计算机中的二层随机共振系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图包括如下步骤：
计算机将Spect(t)输入一层随机共振模型
中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b，c，d为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设cx2-dx4为标定分量；
计算机计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：
设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为
将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X0(t)＝0，sn0＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到并计算
其中，xn(t)为x(t)的n阶导数，snn-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，snn+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；
计算机对x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的二层随机共振系统产生随机共振时刻的位置xm值、与xm相对应的共振时刻t1及与t1所对应的噪声D1，D1为D中的一个值；
计算机利用公式计算二层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a2/4b；计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图。
作为优选，还包括分别设于第一溶液吊瓶和第二溶液吊瓶下部内的搅拌器，2个搅拌器均与计算机电连接；步骤(5-1)之前还包括计算机控制两个搅拌器搅拌12至18分钟后停止搅拌。
作为优选，还包括设于导液管上的温度传感器，温度传感器与计算机电连接；温度传感器检测导液管的温度，计算机中设有标准温度区间[TL，TH]，当检测的温度≥TH，计算机控制加热膜停止加热；当检测的温度≤TL，计算机控制加热膜开始加热。
作为优选，A1的取值范围为0.22至0.37。
作为优选，B1的取值范围为0.19至0.24，B2的取值范围为0.32至0.46。
因此，本发明具有如下有益效果：检测效率高、准确性好，为长春新碱安全使用提供了可靠基础，确保了患者的安全。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种原理框图；
图3是本发明的电极芯片的一种结构示意图；
图4是本发明的实施例的一种流程图；
图5是本发明的顺铂的一种信噪比谱图；
图6是本发明的导流管的一种结构示意图。
图中：电化学工作站1、流通池2、基板3、电极芯片4、第一溶液吊瓶5、第二溶液吊瓶6、第一微量泵7、第二微量泵8、导液管9、计算机10、搅拌器11、通孔12、导流管13、油漆涂层27、对电极41、参比电极42、工作电极43、加热膜91、温度传感器92。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3所示的实施例是一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置，包括电化学工作站1，流通池2，设于流通池内的呈辐射状排列的3块基板3和设于每块基板上的电极芯片4，盛有清洗溶液的第一溶液吊瓶5，盛有长春新碱溶液的第二溶液吊瓶6，与第一溶液吊瓶联通的第一微量泵7，与第二溶液吊瓶联通的第二微量泵8，与第一微量泵和第二微量泵的出液管连接的螺旋状的导液管9；导液管下端伸入如图6所示的流通池的导流管13中，导流管下端设有3个分别用于将长春新碱溶液输送到各个工作电极上方的出液孔，与各个工作电极对应的流通池下部分别设有出液口；导液管外周面上设有加热膜91；电化学工作站、第一微量泵、第二微量泵和加热膜均与计算机10电连接。
如图3所示，每个电极芯片均包括与电化学工作站连接的对电极41、参比电极42和工作电极43，工作电极上培养有20000个癌细胞。
流通池包括上端开口的壳体、设于壳体上的盖板和设于盖板上的密封圈，密封圈下表面与靠近对电极的基板密封连接，工作电极和对电极之间的基板上设有通孔12。
如图2所示，还包括分别设于第一溶液吊瓶和第二溶液吊瓶下部内的搅拌器11，2个搅拌器均与计算机电连接。
还包括设于导液管上的温度传感器92，温度传感器与计算机电连接。
如图4所示，一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，包括如下步骤：
计算机控制两个搅拌器搅拌10分钟后停止搅拌；
步骤100，预热、清洗
计算机控制加热膜通电加热，温度传感器检测导液管的温度，计算机中设有标准温度区间[TL，TH]，当检测的温度≥TH，计算机控制加热膜停止加热；当检测的温度≤TL，计算机控制加热膜开始加热；TL＝36.5℃，TH＝39.6℃。
第一微量泵每隔时间T1滴下0.05ml的清洗溶液，清洗溶液流经导液管时被加热，第一微量泵滴液20分钟后，计算机控制第一微量泵停止滴液；清洗溶液为磷酸盐缓冲液。
步骤200，检测
计算机控制第二微量泵每隔时间T2滴下0.05ml的长春新碱溶液，第二微量泵滴液15分钟后，计算机采集电化学工作站检测的3个电流密度信号S1(t)，S2(t)，S3(t)，计算机中设有标准电流密度信号f(t)，计算机分别计算S1(t)，S2(t)，S3(t)与f(t)的误差，选取其中误差小的定义为电流密度信号S(t)；
计算机采集电化学工作站检测的电流密度信号S(t)，计算机在电流密度信号S(t)中选取350个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号ES(t)；
步骤300，数据修正处理
对于ES(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
计算机中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，A1为0.25，B1为0.19；
对于ratio位于(0.5，1-A1)和(1+A1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，B2为0.4；
步骤400，选取特征峰的信噪比峰值
用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号Spect(t)，
计算机将Spect(t)输入一层随机共振模型
中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b，c，d为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设cx2-dx4为标定分量；
计算机计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：
设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为
将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X0(t)＝0，sn0＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到并计算
其中，xn(t)为x(t)的n阶导数，snn-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，snn+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；
计算机对x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的二层随机共振系统产生随机共振时刻的位置xm值、与xm相对应的共振时刻t1及与t1所对应的噪声D1，D1为D中的一个值；
计算机利用公式计算二层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a2/4b；计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图。
在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标(M1，M2)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W1，W2)；顺铂的特征峰值坐标(W1，W2)同样是采用步骤100至400的方法获得的，分别盛在2个第二溶液吊瓶中的顺铂溶液和长春新碱浓度相同。
步骤500，做出药效及药量判断
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂好，长春新碱的用药量需要比顺铂减少；
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，长春新碱的用药量需要比顺铂增加；
当M1＝W1，计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果与顺铂相同，长春新碱的用药量于顺铂相同。
当时，计算机显示建议增加或减少的药量为5％至20％；
当时，计算机显示建议增加或减少的药量为20％至35％；
当时，计算机显示建议增加或减少的药量大于35％。
如图5所示，顺铂的特征峰的信噪比峰值为(20，-34dB)，本发明的长春新碱的特征峰的信噪比峰值为(108，-48dB)；
因此，计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，长春新碱的用药量需要比顺铂增加的信息。
计算机显示建议增加的药量为42％。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，包括电化学工作站(1)，流通池(2)，设于流通池内的呈辐射状排列的3块基板(3)和设于每块基板上的电极芯片(4)，盛有清洗溶液的第一溶液吊瓶(5)，盛有长春新碱溶液的第二溶液吊瓶(6)，与第一溶液吊瓶联通的第一微量泵(7)，与第二溶液吊瓶联通的第二微量泵(8)，与第一微量泵和第二微量泵的出液管连接的螺旋状的导液管(9)；每个电极芯片均包括与电化学工作站连接的对电极(41)、参比电极(42)和工作电极(43)，工作电极上培养有若干个癌细胞，导液管下端伸入流通池的导流管(13)中，导流管下端设有3个分别用于将长春新碱溶液输送到各个工作电极上方的出液孔，与各个工作电极对应的流通池下部分别设有出液口；所述导液管外周面上设有加热膜(91)；电化学工作站、第一微量泵、第二微量泵和加热膜均与计算机(10)电连接；其特征是，包括如下步骤：
(1-1)计算机控制加热膜通电加热，第一微量泵每隔时间T1滴下0.05ml的清洗溶液，清洗溶液流经导液管时被加热，第一微量泵滴液20至30分钟后，计算机控制第一微量泵停止滴液；
(1-2)计算机控制第二微量泵每隔时间T2滴下0.05ml的长春新碱溶液，第二微量泵滴液10至15分钟后，计算机采集电化学工作站检测的3个电流密度信号S1(t)，S2(t)，S3(t)，计算机中设有标准电流密度信号f(t)，计算机分别计算S1(t)，S2(t)，S3(t)与f(t)的误差，选取其中误差小的定义为电流密度信号S(t)；
计算机在电流密度信号S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号ES(t)；
(1-3)对于ES(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
计算机中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
对于ratio位于(0.5，1-A1)或(1+A1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，
(1-4)用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号Spect(t)，
将Spect(t)输入预存于计算机中的二层随机共振系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图，在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标(M1，M2)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W1，W2)；
(1-5)当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂好，长春新碱的用药量需要比顺铂减少；
当计算机显示长春新碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，长春新碱的用药量需要比顺铂增加。
2.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，所述流通池包括上端开口的壳体、设于壳体上的盖板和设于盖板上的3个密封圈，每个密封圈下表面均与对应的对电极外部的基板密封连接，工作电极和对电极之间的每个基板上均设有通孔(12)。
3.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，还包括分别设于第一溶液吊瓶和第二溶液吊瓶下部内的搅拌器(11)，2个搅拌器均与计算机电连接。
4.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，还包括设于导液管上的温度传感器(92)，温度传感器与计算机电连接。
5.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，
所述将Spect(t)输入预存于计算机中的二层随机共振系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图包括如下步骤：
计算机将Spect(t)输入一层随机共振模型
中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b，c，d为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设cx2-dx4为标定分量；
计算机计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：
设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为
将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X0(t)＝0，sn0＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到
并计算
其中，xn(t)为x(t)的n阶导数，snn-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，snn+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；
计算机对x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的二层随机共振系统产生随机共振时刻的位置xm值、与xm相对应的共振时刻t1及与t1所对应的噪声D1，D1为D中的一个值；
计算机利用公式计算二层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a2/4b；计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图。
6.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，还包括分别设于第一溶液吊瓶和第二溶液吊瓶下部内的搅拌器，2个搅拌器均与计算机电连接；其特征是，步骤(1-1)之前还包括计算机控制两个搅拌器搅拌12至18分钟后停止搅拌。
7.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，还包括设于导液管上的温度传感器，温度传感器与计算机电连接；其特征是，温度传感器检测导液管的温度，计算机中设有标准温度区间[TL，TH]，当检测的温度≥TH，计算机控制加热膜停止加热；当检测的温度≤TL，计算机控制加热膜开始加热。
8.根据权利要求1所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，A1的取值范围为0.22至0.37。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的用于抗癌药物长春新碱的药效检测装置的检测方法，其特征是，B1的取值范围为0.19至0.24，B2的取值范围为0.32至0.46。
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Title
"Tastant quantitative analysis from complex mixtures using taste cell-based sensor and double-layered cascaded series stochastic resonance";Guohua Hui等;《Electrochimica Acte》;20140521;第136卷;第75-88页 *

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