CN111579627A - 一种肿瘤多生物标志物并行检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肿瘤多生物标志物并行检测系统及方法，所述系统包括：上位机和下位机；所述上位机用于生成离散电压并施加到下位机；所述下位机包括多个工作电机并行的恒定电位仪。本发明可以实现一个患者样本的血液里面的多个抗原蛋白分子联合检测，有助于针对患者的特异性进行生物信息融合判断。

Description

一种肿瘤多生物标志物并行检测系统及方法
技术领域
本发明属于生物标志物分析技术领域，尤其涉及一种肿瘤多生物标志物并行检测系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着便携式癌症检测仪器的飞速发展，多生物标志物空间并行检测：比如多个癌症蛋白分子的同时检测显得尤为重要，其中的多生物标志物并行检测恒电位仪，成为便携空间分辨率高的癌症检测仪器的关键电路。目前，癌症检测电路可以实现对某个癌症标志物的检测，不能够实现对于多个癌症标志物的并行检测，因此对于癌症的预警辨别准确性需要提高。
经过专利调查，传统的癌症检测仪器也存在一定的问题，主要体现在：不能够实现多个癌症标志物的并行检测，没有提供具体的支持多工作传感位点同时工作的并行驱动电路实现方法，用户界面UI(UI：user-interface)界面不具备灵活自适应编辑能力。
综上所述，现有技术中对于多肿瘤标志物的并行检测恒电位仪电路，提高血液样本里面多生物标志物检测的空间分辨率，提高癌症细胞预警系统的准确性等问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种肿瘤多生物标志物并行检测系统及方法，通过在恒电位仪上设置多个并行的工作电极，可以实现一个患者样本的血液里面的多个抗原蛋白分子联合检测，有助于针对患者的特异性进行生物信息融合判断。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，包括：上位机和下位机；所述上位机用于生成离散电压并施加到下位机；所述下位机包括多个工作电机并行的恒定电位仪。
进一步地，所述上位机包括人机交互模块和离散电压生成模块；其中，所述人机交互模块包括相位编辑单元和电化学扫描触发单元，相位编辑单元用于接收用户编辑的量化数字相位；离散电压生成模块用于根据量化数字相位生成高精度的离散电压；电化学扫描触发单元用于接收离散CV(Cyclic-Voltage)循环伏安扫描启动指令，将生成的离散循环电压施加到下位机。
进一步地，所述上位机预存整个正弦波的量化数字相位和量化数字幅值的对应关系；离散电压生成模块根据量化数字相位，以及所述对应关系生成离散电压。
进一步地，所述量化数字相位和量化数字幅值的对应关系以表格的形式存储在上位机的ROM存储器上，包括索引、量化数字相位和量化数字幅值三个字段。
进一步地，所述下位机还包括PWM电路、电流-电压转换电路、DAC芯片和ADC芯片；PWM电路用于对接收到的量化数字幅值进行脉冲占空比调制，施加到恒电位仪上，恒电位仪输出电流信号；所述电流信号经过电流-电压转换电路转换为模拟电压，再经过ADC芯片转换为数字信息，得到对应的多生物标志物电化学反应电流的数字信息，反馈至上位机UI。
进一步地，所述恒定电位仪为三电极传感器，包括一个参考电极、一个对电极和多个并行的工作电机。
进一步地，所述人机交互模块还包括显示单元，用于显示当前控制电压和反馈的多生物标志物的检测电流。
一个或多个实施例提供了一种采用所述肿瘤多生物标志物并行检测装置的检测方法，包括以下步骤：
在恒定电位仪的多个并行的工作电机上滴加同一血液样品后，上位机根据指令生成离散电压，并施加到下位机；
接收下位机传输的多生物标志物电化学反应电流的数字信息。
进一步地，上位机预先存储整个正弦波的量化数字相位和量化数字幅值的对应关系；根据指令生成离散电压包括：
接收用户输入的量化数字相位；
根据量化数字相位，以及所述对应关系生成离散电压。
进一步地，所述量化数字相位和量化数字幅值的对应关系以表格的形式存储在上位机的ROM存储器上，包括索引、量化数字相位和量化数字幅值三个字段。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明中的恒电位仪上设置了多个并行的工作电极，多传感工作电极同时反应，同时获得多个生物标志物的浓度，提高多生物标志物同时检测的空间分辨率，可以实现一个患者样本的血液里面的多个抗原蛋白分子联合检测，有助于针对患者的特异性进行生物信息融合判断。
本发明通过预先设置数字相位和数字电压的映射关系的ROM表，使得用户能够通过上位机对相位进行灵活编辑(UI相位编辑)，然后再基于可以编辑的相位进行ROM寻址，这样具有很大的相位控制灵活性、相位随机编辑特性，一方面具有很好的灵活性，能够实现输出电压信号精度的控制，另一方面由于电压信号与相位的对应关系是预先存储的，保证了输出电压信号的高精度。
本发明在下位机采用了PWM电路，可以对上位机输出的离散电压进行占空比进一步的调整，进一步的调整输出离散电压特征，实现对上位机UI输出的离散电压的占空比灵活控制。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中恒定电位仪智能肿瘤多标志物检测系统功能架构示意图；
图2为连续循环伏安电压扫描示意图；
图3为本发明实施例中本发明的离散循环伏安电压扫描示意图；
图4为本发明实施例中预先存储的一个完整的正弦波ROM表(横坐标：数字相位；纵坐标数字量化幅度)；
图5为本发明实施例中量化相位到量化幅度的转换原理图；
图6为本发明实施例中基于优化的三电极传感器的多工作电极(WE)并行多路传感检测恒电位仪；
图7为本发明实施例中多工作电极、工作电极与对电极之间的分别氧化-还原反应。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例公开了一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，如图1所示，包括：上位机和用于癌症蛋白检测的下位机。
所述上位机包括人机交互界面(UI)、离散电压生成模块和存储器。
所述存储器中预存完整的正弦波的量化数字相位和量化数字电压的对应关系，具体地，基于直接数字频率合成DDS(Direct-Digital-Synthesis)技术进行相位-数字幅度的预先ROM存储器存储(正弦波形样本预存储；查询表格是：[查询索引->量化相位；输出->量化幅度])。
所述人机交互界面包括CV/LSV电化学扫描触发单元和相位编辑单元。其中，所述相位编辑单元，用于对脉冲伏安扫描的数字相位进行自适应编辑，得到相位访问序列，并发送至离散电压生成模块。所述CV/LSV电化学扫描触发单元，用于接收离散CV扫描启动指令，将生成的离散循环电压施加到下位机。
所述离散电压生成模块，对于相位访问序列中的每个数字相位，进行ROM表查询，得到相应的数字电压，基于DDS原理，生成离散的循环电压。
CV循环电压，是电化学生物检测中三电极传感器系统的标准工作方法，离散的循环电压，便于通过相位编辑进行UI控制，得到不同的离散的高精度数字电压数值。只有使用离散的循环电压进行扫描，才可以进行有效控制后、进一步的得到施加到下位机传感器硬件的模拟电压。
所述下位机包括PWM电路、并行恒定电位仪(驱动多工作电极传感器反应)、电流-电压转换电路、DAC芯片和ADC芯片。
PWM电路，接收上位机发送的量化电压电平，进一步的进行脉冲占空比调制，再施加到下位机的恒电位仪上；恒电位仪输出电流信号，经过电流-电压转换电路转换为模拟电压、再经过ADC芯片转换为数字信息，即得到对应的多生物标志物电化学反应电流的数字信息，反馈输出到上位机UI上，进行显示。这样UI用户界面既可以显示控制电压、又可以显示反馈的多生物标志物检测的电流(与标志物浓度成正比)。
如图5所示，UI编辑相位索引，访问ROM得到数字量化幅度，再经过PWM电路，得到量化数字幅度。反向访问相位访问序列Phase_program，基于ROM表进行量化幅度读取；进一步的利用下位机的PWM电路、DAC芯片，将数字幅度转换为模拟幅度电压，仍然施加到下位机的恒电位仪上。完成整个检测系统一个完整的循环伏安CV扫描周期，包括正向与逆向扫描。
所述并行恒定电位仪为三电极传感器，包括多个工作电极、一个对电极和一个参考电极。多个工作电极进行并行工作，与单个对电极之间进行氧化还原反应。不同的工作电极表面上修饰有不同的特异性抗体。
进一步的，利用三电极传感器工作原理，把生成的离散电压加到三电极传感器系统的对工作电极表面；
进行多路并行工作电极与对电极之间的抗原与抗体之间的免疫化学反应，即氧化-还原反应，如图7所示；
在不同的工作电极表面滴加同一个检测样本的血液，可以同时对同一血液样品的多种抗原进行并行检测。
得到对工作电极进行循环电压CV的幅度、占空比、具有智能调制能力的数字化智能肿瘤多标志物检测仪器。并行恒电位仪器可以实现一个患者样本的血液里面的多个抗原蛋白分子联合检测，针对患者的特异性，在进行生物信息融合判断，进行精准预警分析。
本实施例还提供了一种基于上述检测系统的检测方法，接收用户基于、上位机用户界面UI编辑的数字量化相位，利用量化相位索引进行ROM寻址，以得到量化的数字电压；后面用量化数字电压，去驱动下位机的DAC芯片，输出模拟的模拟电压，以作为传感器电极上的工作电压；接收下位机反馈的多生物标志物检测的电流信息。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，包括：上位机和下位机；所述上位机用于生成离散电压并施加到下位机；所述下位机包括多个工作电机并行的恒定电位仪。
2.如权利要求1所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述上位机包括人机交互模块和离散电压生成模块；其中，所述人机交互模块包括相位编辑单元和电化学扫描触发单元，相位编辑单元用于接收用户编辑的量化数字相位；离散电压生成模块用于根据量化数字相位生成离散电压；电化学扫描触发单元用于接收离散CV扫描启动指令，将生成的离散循环电压施加到下位机。
3.如权利要求2所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述上位机预存整个正弦波的量化数字相位和量化数字幅值的对应关系；离散电压生成模块根据量化数字相位，以及所述对应关系生成离散电压。
4.如权利要求3所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述量化数字相位和量化数字幅值的对应关系以表格的形式存储在上位机的ROM存储器上，包括索引、量化数字相位和量化数字幅值三个字段。
5.如权利要求2所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述下位机还包括PWM电路、电流-电压转换电路、DAC芯片和ADC芯片；PWM电路用于对接收到的量化数字幅值进行脉冲占空比调制，施加到恒电位仪上，恒电位仪输出电流信号；所述电流信号经过电流-电压转换电路转换为模拟电压，再经过ADC芯片转换为数字信息，得到对应的多生物标志物电化学反应电流的数字信息，反馈至上位机。
6.如权利要求5所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述恒定电位仪为三电极传感器，包括一个参考电极、一个对电极和多个并行的工作电机。
7.如权利要求5所述的一种肿瘤多生物标志物并行检测系统，其特征在于，所述人机交互模块还包括显示单元，用于显示当前控制电压和反馈的多生物标志物的检测电流。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述肿瘤多生物标志物并行检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在恒定电位仪的多个并行的工作电机上滴加同一血液样品后，上位机根据指令生成离散电压，并施加到下位机；
接收下位机传输的多生物标志物电化学反应电流的数字信息。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，上位机预先存储整个正弦波的量化数字相位和量化数字幅值的对应关系；根据指令生成离散电压包括：
接收用户输入的量化数字相位；
根据量化数字相位，以及所述对应关系生成离散电压。
10.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述量化数字相位和量化数字幅值的对应关系以表格的形式存储在上位机的ROM存储器上，包括索引、量化数字相位和量化数字幅值三个字段。
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