CN106525925A - 一种液体活检基因检测电路 - Google Patents

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CN106525925A CN201611019882.1A CN201611019882A CN106525925A CN 106525925 A CN106525925 A CN 106525925A CN 201611019882 A CN201611019882 A CN 201611019882A CN 106525925 A CN106525925 A CN 106525925A
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廖玮
郭才华
张晨光
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Abstract

本发明提供了一种液体活检基因检测电路，包括：依次连接的控制模块、电压驱动模块和液体活检模块，控制模块还与液体活检模块连接；控制模块，用于向电压驱动模块传输第一驱动信号，以及用于接收液体活检模块反馈的第一检测信号，并根据第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变；电压驱动模块，用于将第一驱动信号转换为第二驱动信号，并将第二驱动信号传输至液体活检模块；液体活检模块，用于根据第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的第一检测信号传输至控制模块，其通过电场作用实现患者的待检测体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且实用性较佳。

Description

一种液体活检基因检测电路
技术领域
本发明涉及基因检测技术领域，具体而言，涉及一种液体活检基因检测电路。
背景技术
空气污染等环境因素导致近年来肺癌患病人数急剧增加，肺癌已经成为发病率及死亡率均排名第一的恶性肿瘤。从2011年起，美国临床癌症协会(ASCO)以及国家综合癌症网络(NCCN)建议晚期非鳞状非小细胞肺癌(NSCLC)病人进行EGFR突变测试。其中，EGFR阳性的非小细胞肺癌病例在亚洲国家更为常见，因此对亚洲的非小细胞肺癌病人进行基因型测定更有实际意义。然而在临床实践中，尤其是在一些欠发达地区，EGFR的基因突变测试受到资源，医生和费用上的限制，还远远不能满足临床需求。
在现在的临床应用中，医生不得不通过CT引导穿刺或者外科手术的办法获得肿瘤的组织样本，再通过繁琐的过程测得EGFR基因突变的种类，来指导靶向药物的治疗。首先，这个过程往往会增加病人的痛苦，产生额外的手术风险，并且肿瘤有异质性，对于已经发生转移的癌症患者而言，通过穿刺或手术仅仅取某个部位的癌组织，并不能反映患者整体的情况。其次，有些患者自身的情况决定了他不适合组织活检，而有些肿瘤在受到穿刺或手术的扰动之后，有加速转移的风险。最后，组织活检存在费用高等待时间长等诸多问题，其滞后性对患者的治疗也是不利的。
因此，是否能够通过外周血直接检测肺癌基因突变的类型，即所谓的液体活检技术，一直是各大诊断试剂公司研发的重点。但是，目前对于液体活检进行肺癌基因突变的判断尚无完善的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液体活检基因检测电路，通过电场作用实现患者的体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且实用性较佳。
第一方面，本发明实施例提供了一种液体活检基因检测电路，所述电路包括依次连接的控制模块、电压驱动模块和液体活检模块，所述控制模块还与所述液体活检模块连接；
所述控制模块，用于向所述电压驱动模块传输第一驱动信号，以及用于接收所述液体活检模块反馈的第一检测信号，并根据所述第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变；
所述电压驱动模块，用于将所述第一驱动信号转换为第二驱动信号，并将所述第二驱动信号传输至所述液体活检模块；
所述液体活检模块，用于根据所述第二驱动信号使所述待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的所述第一检测信号传输至所述控制模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括信号放大模块和模数转换模块，所述液体活检模块之后依次连接有所述信号放大模块和所述模数转换模块，所述模数转换模块与所述控制模块电连接；
所述信号放大模块，用于将液体活检模块反应生成的所述第一检测信号进行放大处理，得到放大处理后的第二检测信号；
所述模数转换模块，用于将所述第二检测信号进行模数转换处理，得到转换处理后的第三检测信号，并将所述第三检测信号传输至所述控制模块。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括放大控制模块；所述放大控制模块连接于所述控制模块和所述信号放大模块之间；
所述放大控制模块，用于对所述信号放大模块的放大处理模式进行切换控制，所述放大处理模式包括：高增益模式和低增益模式。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括校准模块；所述校准模块连接于所述控制模块和所述电压驱动模块之间；
所述校准模块，用于产生基准驱动信号，并根据所述基准驱动信号对所述控制模块传输的所述第一驱动信号进行校准处理。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括通用输入/输出GPIO模块；
所述放大控制模块通过所述GPIO模块与所述控制模块电连接；所述校准模块通过所述GPIO模块与所述控制模块电连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括条码扫描模块；所述条码扫描模块与所述控制模块电连接；
所述条码扫描模块，用于对所述液体活检模块对应的条形码进行扫描，得到扫描结果，以及将所述扫描结果发送至所述控制模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括温湿度检测模块；所述温湿度检测模块与所述控制模块电连接；
所述温湿度检测模块，用于对所述液体活检模块的温湿度进行检测处理，得到温湿度变化量，以及将所述温湿度变化量发送至所述控制模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括通用串行总线USB模块；所述USB模块与所述控制模块电连接；
所述USB模块，用于将所述控制模块与外围设备进行数据通信。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括电源模块；所述电源模块与所述控制模块相连接；
所述电源模块，用于为所述控制模块供电。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述第一驱动信号为数字电压信号；所述第二驱动信号为模拟电压信号；所述第一检测信号和所述第二检测信号均为模拟电流信号；所述第三检测信号为数字电流信号。
本发明实施例提供的液体活检基因检测电路，采用控制模块、电压驱动模块和液体活检模块使得整个电路自动化和一体化，与现有技术中通过CT引导穿刺或者外科手术的办法获得肿瘤的组织样本进行组织活检存在费用高、等待时间长等诸多问题而实用性较差相比，其采用控制模块可以向电压驱动模块传输第一驱动信号，以便于该电压驱动模块将第一驱动信号转换为第二驱动信号，并传输至液体活检模块，上述液体活检模块则根据第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的第一检测信号传输至控制模块，使得该控制模块能够根据第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，其通过电场作用实现患者的待检测体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且能够有效的判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，实用性较佳。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种液体活检基因检测电路的结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种液体活检基因检测电路的具体结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种液体活检基因检测电路中校准控制的电路图。
主要元件符号说明：
11、控制模块；22、电压驱动模块；33、液体活检模块；44、信号放大模块；55、模数转换模块；66、放大控制模块；77、校准模块；88、USB模块；99、电源模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到相关技术中通过CT引导穿刺或者外科手术的办法获得肿瘤的组织样本，再通过繁琐的过程测得EGFR基因突变的种类存在费用高、等待时间长、组织获取困难且会增加患者的痛苦等诸多问题，基于此，本发明提供了一种液体活检基因检测电路，该检测电路能够通过电场作用实现患者的体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且实用性较佳。
参见图1，本发明实施例提供了一种液体活检基因检测电路。该检测电路具体包括：依次连接的控制模块11、电压驱动模块22和液体活检模块33，控制模块11还与液体活检模块33连接；
控制模块11，用于向电压驱动模块22传输第一驱动信号，以及用于接收液体活检模块33反馈的第一检测信号，并根据第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变；
电压驱动模块22，用于将第一驱动信号转换为第二驱动信号，并将第二驱动信号传输至液体活检模块33；
液体活检模块33，用于根据第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的第一检测信号传输至控制模块11。
本发明实施例提供的液体活检基因检测电路，与现有技术中通过CT引导穿刺或者外科手术的办法获得肿瘤的组织样本进行组织活检存在费用高、等待时间长等诸多问题而实用性较差相比，其采用控制模块11可以向电压驱动模块22传输第一驱动信号，以便于该电压驱动模块22将第一驱动信号转换为第二驱动信号，并传输至液体活检模块33，上述液体活检模块33则根据第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的第一检测信号传输至控制模块11，使得该控制模块11能够根据第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，其通过电场作用实现患者的待检测体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且能够有效的判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，实用性较佳。
具体的，本发明实施例所提供的液体活检基因检测电路中的控制模块11能够向电压驱动模块22传输第一驱动信号，以使得上述电压驱动模块22能够进行第一驱动信号至第二驱动信号的转换，并将转换后的第二驱动信号传输至液体活检模块33，以使得上述液体活检模块33能够根据该第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，且将反应生成的第一检测信号反馈至控制模块11，控制模块11则根据该反馈的第一检测信号直接判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变。
其中，本发明实施例中的控制模块11优选的采用FPGA(Field－ProgrammableGate Array,现场可编程门阵列)QIJIAN,且能够通过烧录Firmware程序来实现各功能模块的相互通信和控制。
另外，本发明实施例所提供的液体活检基因检测电路可供采用的反应试剂有多种，不同反应试剂与待检测体液样本之间的反应结果将对应不同基因段的突变情况。
进一步的，为了更好的对液体活检模块33反应生成的第一检测信号进行分析和处理，参见图2，本发明实施例在液体活检模块33之后依次连接有信号放大模块44和模数转换模块55，且该模数转换模块55与控制模块11电连接。具体的，将液体活检模块33检测得到的较为微弱的第一检测信号，通过个核心为三极管的装置输出得到一个波形相似，幅值却比之前的微弱电信号大得多的第二检测信号，然后，模数转换模块55与信号放大模块44电连接，能够将放大处理得到的第二检测信号转换为第三检测信号，且将该第三检测信传输至控制模块11，以便于该控制模块11可以直接对数字的第三检测信号进行读取和显示。
其中，本发明实施例所提供的液体活检基因检测电路将第一驱动信号优选为数字电压信号，第二驱动信号优选为模拟电压信号，而液体活检模块33检测得到的第一检测信号为模拟电流信号，该第一检测信号放大后的第二检测信号亦为模拟电流信号，该第二检测信号模数转换处理后的第三检测信号为数字电流信号。
另外，本发明实施例所提供的检测电路检测得到的第三检测信号能够通过预设阈值进行待检测体液样本对应的基因是否产生突变的判断。此外，通过设置的阳性对照和阴性对照，在上述第三检测信号大于预设阈值时，上述待检测体液样本呈阳性，小于或等于预设阈值时，该待检测体液样本呈阴性。
进一步的，参见图2，本发明实施例在控制模块11与信号放大模块44之间还连接有放大控制模块66，该放大控制模块66可以对信号放大模块44的放大处理模式进行控制，其中，上述放大处理模块包括高增益模式和低增益模式。另外，该放大控制模块66通过本发明实施例所提供的液体活检基因检测电路包括的GPIO(General Purpose Input Output,通用输入/输出)模块与控制模块11电连接，即控制模块11通过扩充的IO口(GPIO)实现对放大控制模块66的控制。
进一步的，为了确保控制模块11传输的第一驱动信号的精确控制，参见图2，本发明实施例还包括校准模块77，该校准模块77，用于产生基准驱动信号，并根据基准驱动信号对控制模块11传输的第一驱动信号进行校准处理。同样的，该校准模块77通过上述GPIO模块与控制模块11电连接，即控制模块11通过扩充的IO口(GPIO)实现对校准模块77的控制。
具体的，上述检测电路中的控制模块11通过控制模拟开关使校准模块77输出不同的基准电压(基准驱动信号)，该基准电压连接到图3中的“连接内部校准电压”端。整个校准过程具体通过如下步骤实现：
1)断开图3中的“低量程校准控制”开关和“高量程校准控制”开关，关闭“量程控制”开关，用模数转换模块55采集低量程偏置电压为Vofflow；打开“量程控制”开关，用模数转换模块55采集高量程偏置电压为Voffhi。
2)打开图3中的“低量程校准控制”开关，关闭“高量程校准控制”开关，关闭“量程控制”开关，控制校准模块77输出-2.048V和2.048V，则输入的实际电流分别为-2.048V/10M，Ω＝-204.8nA和204.8nA，用模数转换模块55分别采集的数值分别为V1和V2。
3)打开图3中的“高量程校准控制”开关，关闭“低量程校准控制”开关，打开“量程控制”开关，控制校准模块77输出-2.048V和2.048V，则输入的实际电流分别为-2.048V/40.2k，Ω＝-50.95uA和50.95uA，用模数转换模块55采集的数值分别为V3和V4。
4)实际测量的电流按上述校准的参数换算。低量程时，I＝(Vout-Vofflow)*204.8*2/(V2-V1)nA；高量程时，I＝(Vout-Voffhi)*50.95*2/(V4-V3)uA。其中Vout为模数转换模块55采集到的值。
进一步的，本发明实施例所提供的检测电路还包括条码扫描模块，该条码扫描模块与控制模块11电连接，用于对液体活检模块33对应的条形码进行扫描，并将扫描得到的扫描结果发送至控制模块11，以通过该控制模块11传输至外围设备进行实时查看。
进一步的，本发明实施例所提供的检测电路还包括温湿度检测模块，该温湿度检测模块通过与控制模块11电连接，将对液体活检模块33进行温湿度检测处理得到的温湿度变化量发送至控制模块11，以通过该控制模块11进行后续分析处理。
进一步的，参见图2，为了更好的实现上述检测电路与外围设备之间的数据通信，本发明实施例还包括USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)模块，该USB模块88与控制模块11连接，是实现外围设备(如PC机)和检测电路的控制模块11通信的桥梁，PC机通过USB数据线连接到控制模块11进行数据的传输和处理，控制模块11则控制USB模块88功能的正常运行。
进一步的，参见图2，本发明实施例还包括电源模块99，该电源模块99与控制模块11电连接，用于为该控制模块11供电。另外，该电源模块99还包括电源切断开关和LED显示灯以及设备DC电源的输入接口，以能够为上述设备供电。
本发明实施例提供的液体活检基因检测电路，与现有技术中通过CT引导穿刺或者外科手术的办法获得肿瘤的组织样本进行组织活检存在费用高、等待时间长等诸多问题而实用性较差相比，其采用控制模块11可以向电压驱动模块22传输第一驱动信号，以便于该电压驱动模块22将第一驱动信号转换为第二驱动信号，并传输至液体活检模块33，上述液体活检模块33则根据第二驱动信号使待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的第一检测信号传输至控制模块11，使得该控制模块11能够根据第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，其通过电场作用实现患者的待检测体液样本和反应试剂之间的化学反应，反应速度较快，检测的效率和精确度均较高，且能够有效的判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变，实用性较佳。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液体活检基因检测电路，其特征在于，包括依次连接的控制模块、电压驱动模块和液体活检模块，所述控制模块还与所述液体活检模块连接；
所述控制模块，用于向所述电压驱动模块传输第一驱动信号，以及用于接收所述液体活检模块反馈的第一检测信号，并根据所述第一检测信号判断待检测体液样本对应的基因是否产生突变；
所述电压驱动模块，用于将所述第一驱动信号转换为第二驱动信号，并将所述第二驱动信号传输至所述液体活检模块；
所述液体活检模块，用于根据所述第二驱动信号使所述待检测体液样本和反应试剂发生氧化还原反应，并将反应生成的所述第一检测信号传输至所述控制模块。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括信号放大模块和模数转换模块，所述液体活检模块之后依次连接有所述信号放大模块和所述模数转换模块，所述模数转换模块与所述控制模块电连接；
所述信号放大模块，用于将液体活检模块反应生成的所述第一检测信号进行放大处理，得到放大处理后的第二检测信号；
所述模数转换模块，用于将所述第二检测信号进行模数转换处理，得到转换处理后的第三检测信号，并将所述第三检测信号传输至所述控制模块。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括放大控制模块；所述放大控制模块连接于所述控制模块和所述信号放大模块之间；
所述放大控制模块，用于对所述信号放大模块的放大处理模式进行切换控制，所述放大处理模式包括：高增益模式和低增益模式。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，还包括校准模块；所述校准模块连接于所述控制模块和所述电压驱动模块之间；
所述校准模块，用于产生基准驱动信号，并根据所述基准驱动信号对所述控制模块传输的所述第一驱动信号进行校准处理。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括通用输入/输出GPIO模块；
所述放大控制模块通过所述GPIO模块与所述控制模块电连接；所述校准模块通过所述GPIO模块与所述控制模块电连接。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括条码扫描模块；所述条码扫描模块与所述控制模块电连接；
所述条码扫描模块，用于对所述液体活检模块对应的条形码进行扫描，得到扫描结果，以及将所述扫描结果发送至所述控制模块。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括温湿度检测模块；所述温湿度检测模块与所述控制模块电连接；
所述温湿度检测模块，用于对所述液体活检模块的温湿度进行检测处理，得到温湿度变化量，以及将所述温湿度变化量发送至所述控制模块。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括通用串行总线USB模块；所述USB模块与所述控制模块电连接；
所述USB模块，用于将所述控制模块与外围设备进行数据通信。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括电源模块；所述电源模块与所述控制模块相连接；
所述电源模块，用于为所述控制模块供电。
10.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一驱动信号为数字电压信号；所述第二驱动信号为模拟电压信号；所述第一检测信号和所述第二检测信号均为模拟电流信号；所述第三检测信号为数字电流信号。
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