CN117388345A - 电化学生物传感器的温度校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电化学生物传感器的温度校正方法及系统，利用不同靶向待测物在不同的环境温度下赋予不同的反应静置时间和采集时间，有效减少温度对测试电流的影响，再根据拟合的温补系数与温度和初始测试浓度的函数可以得到对任意温度和浓度下的温补系数，通过温补系数对靶向待测物的检测电流进行校正，校正后的电流与标准电流相比相对偏差在±5％以内，最后在利用所对应的温补系数对电流值进行校准，从而检测出对应物质的浓度。本发明的电化学测量校正方法及系统可以实现校正环境温度对不同待测物浓度测量的影响，提高测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电化学测量领域，特别是一种电化学生物传感器的温度校正方法及系统。
背景技术
在体外诊断即时检测(POCT)领域中，基于电化学方法电流型生物酶传感器的电化学测试系统对人体体液(血液或尿液)中多种疾病的检测有着重要的意义。在现代技术中，常常利用电化学生物传感器检测待测物的电流，进而得到待测物的浓度。
在电化学测量过程中，由于生物传感器中的酶促反应极易受到环境温度的影响，导致测量易出现偏差。此外，环境温度对不同分析物的样本也存在一定的影响，现有技术采用统一校正的方式，将导致不同浓度的电流信号校正效果不好，影响最终分析物浓度的计算结果。除了胆固醇测量系统以外，类似的电化学测量系统中，如血脂、尿酸、血酮、肌酐的电化学检测，也存在同样的问题。
目前降低和消除温度干扰影响的方法主要有两种，一是采用温度校正常数来校正，即特定温度有特定的温度补偿系数；二是采用温度校正曲线来校正，即采用一定浓度下的电流信号随温度变化的温度校正函数来进行温度校正。但在电化学测试过程中，不同浓度下的电流信号随温度变化的趋势是不一样的，即不同浓度下的温度校正常数或者温度校正函数是不相同的，所以采用以上两种方法来进行温度补偿时，不能完全消除温度的干扰影响，造成测量准确度较差。
如何校正环境温度对不同待测物浓度测量的影响，从而保证测量结果的准确性是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电化学生物传感器的温度校正方法及系统，校正环境温度对不同待测物浓度测量的影响，提高测量结果的准确性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电化学生物传感器的温度校正方法，包括以下步骤：
设定电化学生物传感器的测量时间t与反应静置时间t1、采集时间t2之间的关系：t＝t1+t2；
根据不同的温度设定不同的反应静置时间，进而获得测量时间与温度的函数关系；
在某一温度下，根据所述测量时间与温度的函数关系，确定对应的测量时间，在该测量时间下测量多个已知浓度样本的电流值，获得浓度和测量电流值之间的函数关系；
计算该温度与各浓度下的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度、浓度的函数关系；或者，根据不同温度对应的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度的函数关系；某一温度对应的温度补偿系数为该温度和浓度下的电流值与该浓度在标准温度下的电流值的比值；
根据所述温度补偿系数与浓度、温度的函数关系，确定不同浓度和温度下的温度补偿系数，或者根据温度补偿系数与温度的函数关系，确定不同温度下的温度补偿系数；
利用各温度补偿系数和测量电流值确定校正后的电流，获得校正后的电流值与浓度的函数关系。
本发明对不同的样本在不同环境温度下施加不同的反应静置时间和采集时间，尽可能地减少了温度对酶反应速率的影响，同时利用测试电流获得初始的浓度值，通过温度和初始浓度与温补系数的关系，或者温度与温补系数的关系，可以消除温度和浓度对温补系数的干扰，从而对电流进行校正，进而校正样本浓度，本发明不仅可以消除温度干扰的影响，同时可以消除不同浓度下温度变化不同的影响，提高了测试的准确度和可靠性。
本发明中，对于某一样本，其采集时间一般是固定的，可以预先设置。
本发明中，反应静置时间和采集时间的设置范围可以如下：t1∈[0s，200s]，t2∈[5s，30s]。
本发明中，t2时间内施加至电化学生物传感器的电压为0.1V～0.3V。
本发明中，所述函数关系通过数值拟合方式得到。具体的，可以利用一元二次函数或二元一次函数拟合得到所述函数关系。
本发明中，测量时间t与温度T的函数关系表达式可以为：t＝0.05476190*T2-6.55952381*T+209.28571429。
本发明中，温度补偿系数k与温度T和浓度C的函数关系表达式可以为：k＝-0.02115*T+0.00224*C+1.52563；
本发明中，温度补偿系数k与温度T的函数关系的函数关系表达式可以为：k＝0.00296113*T2-0.23932159*T+5.15125554；或者，
其中，k1、k2、……、kn分别为不同温度对应的温度补偿系数。
本发明中，获得校正后的电流值与浓度的函数关系后，可以利用所述校正后的电流值与浓度的函数关系，测量待测样本的浓度值。
本发明中，所述待测样本为人体血液、尿液、内分泌液样本(例如垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、性腺、胰岛、胸腺及松果体等分泌的激素)。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种电化学生物传感器的温度校正系统，其包括：
第一计算单元，用于设定电化学生物传感器的测量时间t与反应静置时间t1、采集时间t2之间的关系：t＝t1+t2；根据不同的温度设定不同的反应静置时间，进而获得测量时间与温度的函数关系；
第二计算单元，用于在某一温度下，根据所述测量时间与温度的函数关系，确定对应的测量时间，在该测量时间下测量多个已知浓度样本的电流值，获得浓度和测量电流值之间的函数关系；
第三计算单元，用于计算所述温度与各浓度下的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度、浓度的函数关系；或者，根据不同温度对应的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度的函数关系；某一温度对应的温度补偿系数为该温度和浓度下的电流值与该浓度在标准温度下的电流值的比值；
温度补偿系数确定单元，用于根据所述温度补偿系数与浓度、温度的函数关系，确定不同浓度和温度下的温度补偿系数，或者根据温度补偿系数与温度的函数关系，确定不同温度下的温度补偿系数；
校正单元，用于利用各温度补偿系数和测量电流值确定校正后的电流，获得校正后的电流值与浓度的函数关系。
本发明的系统还包括：测量单元，用于利用所述校正后的电流值与浓度的函数关系，测量待测样本的浓度值。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明利用不同靶向待测物在不同的环境温度下赋予不同的反应静置时间和采集时间，可以有效减少温度对测试电流的影响，根据拟合的温补系数与温度和初始测试浓度的函数可以得到对任意温度和浓度下的温补系数，通过温补系数对靶向待测物的检测电流进行校正，校正后的电流与标准电流相比相对偏差在±5％以内，最后在利用所对应的温补系数对电流值进行校准，从而检测出对应物质的浓度。本发明的电化学测量校正方法及系统可以实现校正环境温度对不同待测物浓度测量的影响，提高测量结果的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例方法流程图；
图2为本发明实施例测量时间与反应静置时间、采集时间的曲线。
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的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
如图1所示，本实施例通过胆固醇检测系统具体阐述电化学生物传感器温度补偿校正方法，包括以下步骤：
步骤1：设定系统的反应静置时间t1，采集时间t2，测量时间t。三者关系为t＝t1+t2。其中：t1∈[5s，200s]，t2∈[5s，30s]内，t1时间内加压为0V，t2时间内施加电压为0.1V～0.3V。具体的，在本实施例中，t1∈[20s，135s]，t2为15s，t2时间内施加电压为0.3V。如图2所示。
步骤2：针对胆固醇监测系统测试仪器环境温度，根据不同的温度设定不同的反应静置时间，建立测量时间与温度T的函数关系，即t＝f(T)。具体的，在本实施例中采用一元二次函数进行拟合。
表1测试温度与对应时间关系表
经函数拟合后得到：t＝0.05476190*T2-6.55952381*T+209.28571429
R2＝0.9933
步骤3：配制5个不同浓度的胆固醇样本，样本编号为S1、S2、S3、S4、S5，采用生化仪标定浓度分别为：3.45mmol/L、4.96mmol/L、6.27mmol/L、7.84mmol/L、9.51mmol/L，在系统给定的某温度和测量等待时间下测试某一已知浓度样本C的电流值i测，建立浓度和i测的函数关系，即C＝f(i测)。
本发明实施例中，浓度和i测的函数关系可以采用分段函数的形式，例如：
表2不同温度下的测量等待时间及某浓度下对应的电流值
根据对应浓度检测出的电流值，采用一元二次函数进行拟合，得到C＝f(i测)。如表3所示：
表3不同温度的标准分段函数
步骤4：计算该温度下的浓度和对应的温补系数k，建立温补系数与温度和浓度的函数关系，即k＝f(T，C)。
温补系数：
表4不同温度和浓度下的温补系数
本发明实施例中，标准温度为25℃。25℃为实验测量领域通常意义上的常温，该温度的测量数据在实验测量领域具有参考价值。
经过拟合得到k＝-0.02115*T+0.00224*C+1.52563R2＝0.9983
步骤5：计算经过温补校正后的电流i校，i校＝k*i测。建立校正电流i校与浓度的的函数关系，即C测＝f(i校)。根据最终的校正电流信号与浓度的函数关系即可得到测量的未知浓度样本的待测量值。
表5校正后的测试的浓度值C测与生化值偏差/％
实施例2
本实施例提供一种电化学生物传感器的温度校正方法，首先准备电化学胆固醇测试条(胆固醇氧化酶法)以及测量仪，测量仪用于采集电流信号和显示测量值。
步骤1，以正常人血液为基质不同浓度的胆固醇血样样本，浓度分别记作S1、S2、S3、……、Sn。
步骤2，在不同温度(T1、T2、……、Tn)条件下分别测试不同浓度样本(S1、S2、S3、……、Sn)，得到不同浓度不同温度下的电流信号I1-1、I1-2、I1-3.....I1-n；I2-1、I2-2、I2-3、......、I2-n；……；In-1、In-2、In-3、......、In-n，并同时在常温条件下测试S1、S2、S3、……、Sn浓度，得到对应的电流信号I1-25、I2-25、I3-25、……、In-25。其中I1-1表示S1浓度胆固醇血样在T1时的电流，其他符号含义以此类推。通过电化学胆固醇测试条和测量仪测试得到的电流信号，计算各温度和浓度下相对于常温浓度的偏差和温补系数k。
步骤3，建立温补系数与温度的函数，k＝f(T)。得到函数：
k＝0.00296113*T2-0.23932159*T+5.15125554R2＝0.9879
步骤4，计算温度校准后的电流i校和温补后相对于常温浓度的电流偏差，i校＝k*i；
电流偏差如表6所示。
表6采用实施2温度校正方法后的偏差％
实施例3
本实施例提供一种电化学生物传感器的温度校正方法，首先准备电化学胆固醇测试条(胆固醇氧化酶法)以及测量仪，测量仪用于采集电流信号和显示测量值。
步骤1、步骤2，同实施例2步骤1。
步骤3采用分段函数建立温补系数与温度的函数关系：
T1、T2、T3、..........、Tn∈[5℃，40℃]。
步骤4，计算温度校准后的电流i校和温补后相对于常温浓度的电流偏差，i校＝k*i，得到表7的数据关系。
表7采用实施2温度校正方法后的偏差％
对比例1
本对比例提供一种电化学生物传感器的温度对胆固醇电流测试的影响情况，首先准备电化学胆固醇测试条(胆固醇氧化酶法)以及测量仪，测量仪用于采集电流信号和显示测量值。
步骤1、步骤2，同实施例2。计算各温度和浓度下相对于常温浓度的偏差。
表8对比例1中未经过温度补偿下的温度对电流的影响
从对比例1来看，低温使得酶活性降低，酶反应速率下降，电流信号明显偏低，最大偏差达到-59.8％，相反高温使得酶活性提高，酶反应速率随之变快，电流信号急剧升高，最大偏差达到211.7％。表明温度对胆固醇测试影响非常之大，必须对温度影响进行校正，因此温度校正方法的好坏是影响胆固醇测试是否准确的一个关键因素。
从实施例2和实施例3来看，实施例2采用温度校正函数方式进行校正，实施例3采用温度分段函数进行校正，这两个校正方法对绝大多数的温度和浓度校正效果较好，但是依然存在个别浓度偏差超过±15％的情况，这是由于不同温度对不同浓度的样本的影响规律并不完全一致，从而导致个别温度点出现较大偏差。
从实施例1来看，首先采用不同温度下的反应静置时间和采集时间减缓温度对酶反应测试的影响，其次通过对温度和浓度与温度补偿系数的关系，综合考虑温度和浓度对温度系数的关系，消除了温度和浓度的双重干扰，表现出较好的校正效果，偏差均在±5％以内。
综上所述，相较于现有技术而言，本申请涉及的电化学测试系统中的温度校正方法及系统，其能够消除温度对不同浓度下电流信号的影响，提高测量准确性和可靠性。
实施例2
本发明实施例2提供一种对应上述实施例1的校正系统，该系统包括：
第一计算单元，用于设定电化学生物传感器的测量时间t与反应静置时间t1、采集时间t2之间的关系：t＝t1+t2；根据不同的温度设定不同的反应静置时间，进而获得测量时间与温度的函数关系；
第二计算单元，用于在某一温度下，根据测量时间与温度的函数关系，确定对应的测量时间，在该测量时间下测量多个已知浓度样本的电流值，获得浓度和测量电流值之间的函数关系；
第三计算单元，用于计算温度与各浓度下的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度、浓度的函数关系；或者，根据不同温度对应的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度的函数关系；某一温度对应的温度补偿系数为该温度和浓度下的电流值与该浓度在标准温度下的电流值的比值；
温度补偿系数确定单元，用于根据所述温度补偿系数与浓度、温度的函数关系，确定不同浓度和温度下的温度补偿系数，或者根据温度补偿系数与温度的函数关系，确定不同温度下的温度补偿系数；
校正单元，用于利用各温度补偿系数和测量电流值确定校正后的电流，获得校正后的电流值与浓度的函数关系；
测量单元，用于利用所述校正后的电流值与浓度的函数关系，测量待测样本的浓度值。
各单元的计算过程与实施例1相同，此处不再赘述。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定电化学生物传感器的测量时间t与反应静置时间t1、采集时间t2之间的关系：t＝t1+t2；
根据不同的温度设定不同的反应静置时间，进而获得测量时间与温度的函数关系；
在某一温度下，根据所述测量时间与温度的函数关系，确定对应的测量时间，在该测量时间下测量多个已知浓度样本的电流值，获得浓度和测量电流值之间的函数关系；
计算各温度与各浓度下的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度、浓度的函数关系；或者，根据不同温度对应的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度的函数关系；某一温度对应的温度补偿系数为该温度和浓度下的电流值与该浓度在标准温度下的电流值的比值；
根据所述温度补偿系数与浓度、温度的函数关系，确定不同浓度和温度下的温度补偿系数，或者根据温度补偿系数与温度的函数关系，确定不同温度下的温度补偿系数；
利用各温度补偿系数和测量电流值确定校正后的电流，获得校正后的电流值与浓度的函数关系。
2.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，t1∈[0s，200s]，t2∈[5s，30s]。
3.根据权利要求2所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，t2时间内施加至电化学生物传感器的电压为0.1V～0.3V。
4.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，所述函数关系通过数值拟合方式得到。
5.根据权利要求4所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，利用一元二次函数或二元一次函数拟合得到所述函数关系。
6.根据权利要求1～5之一所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，测量时间t与温度T的函数关系表达式为：t＝0.05476190*T2-6.55952381*T+209.28571429。
7.根据权利要求1～5之一所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，温度补偿系数k与温度T和浓度C的函数关系表达式为：
k＝-0.02115*T+0.00224*C+1.52563；
温度补偿系数k与温度T的函数关系的函数关系表达式为：k＝0.00296113*T2-0.23932159*T+5.15125554；或者，
其中，k1、k2、……、kn分别为不同温度对应的温度补偿系数。
8.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，还包括：
利用所述校正后的电流值与浓度的函数关系，测量待测样本的浓度值。
9.根据权利要求6所述的电化学生物传感器的温度校正方法，其特征在于，所述待测样本为人体血液、尿液、内分泌液样本。
10.一种电化学生物传感器的温度校正系统，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于设定电化学生物传感器的测量时间t与反应静置时间t1、采集时间t2之间的关系：t＝t1+t2；根据不同的温度设定不同的反应静置时间，进而获得测量时间与温度的函数关系；
第二计算单元，用于在某一温度下，根据所述测量时间与温度的函数关系，确定对应的测量时间，在该测量时间下测量多个已知浓度样本的电流值，获得浓度和测量电流值之间的函数关系；
第三计算单元，用于计算各温度与各浓度下的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度、浓度的函数关系；或者，根据不同温度对应的温度补偿系数，获得温度补偿系数与温度的函数关系；某一温度对应的温度补偿系数为该温度和浓度下的电流值与该浓度在标准温度下的电流值的比值；
温度补偿系数确定单元，用于根据所述温度补偿系数与浓度、温度的函数关系，确定不同浓度和温度下的温度补偿系数，或者根据温度补偿系数与温度的函数关系，确定不同温度下的温度补偿系数；
校正单元，用于利用各温度补偿系数和测量电流值确定校正后的电流，获得校正后的电流值与浓度的函数关系。
11.根据权利要求10所述的电化学生物传感器的温度校正系统，其特征在于，还包括：
测量单元，用于利用所述校正后的电流值与浓度的函数关系，测量待测样本的浓度值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311320637.4A CN117388345A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 电化学生物传感器的温度校正方法及系统 |
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| CN202311320637.4A CN117388345A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 电化学生物传感器的温度校正方法及系统 |
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