一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置及方法，包括主控制模块、三电极控制模块、显示模块、蓝牙模块和光电传感器模块；主控制器经三电极控制模块连接三电极传感器，控制数模转换模块输出三角脉冲信号，利用电化学原理中的循环伏安法扫描三电极体系，使得电解槽内发生电化学发光反应，产生光信号，光电传感器模块采集光信号并转换为电信号传到主控制器，能够解决目标物ctDNA检测时信号检测速度慢、检测效率低、灵敏度差的技术问题。另外，本发明专利技术的检测装置体积小，便于操作携带，并且集成度高，可以有效缩短光源传输距离，因此可以降低信号干扰，提高信号的灵敏度和稳定性，扩展了检测目标物的应用场景。扩展了检测目标物的应用场景。扩展了检测目标物的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及电化学检测
，尤其涉及一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置及方法。

技术介绍

[0002]循环肿瘤基因（circulating tumor DNA, ctDNA），它是一种重要的液体活检肿瘤标志物，由单链或双链DNA以及单链与双链DNA复合物组成，是肿瘤细胞DNA经脱落或者当细胞凋亡后释放进入人体血液循环系统的胞外DNA。
[0003]针对这种特定物质的DNA检测时，在通过光学采集与DNA检测结合的领域，现有技术中通常采用光源照射激发荧光的方式，收集到的光信号最小为pW级别的微弱荧光信号，采集过程困难。另外，由于光源传输距离过长，这样方式在采集信号时存在信号干扰与灵敏度不高，不利于后续对信号分析、采集和装置携带等工作的进行。因此，面对不稳定且微弱的信号，其检测难度大大提升。从而导致样品检测的灵敏度低、检测效率低、背景噪声大，极大降低了肺癌检测装置的设备性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置及方法，利用电化学原理中的循环伏安法扫描三电极体系，使得在电解槽内发生电化学发光反应，产生光信号，光电传感器模块将光信号采集起来并转换为电信号传到主控制器，能够解决检测目标物ctDNA浓度时信号检测灵敏度低、检测效率低、背景噪声大的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术设计了一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，包括集成了主控制模块、三电极控制模块和光电传感器模块的盒体，所述主控制模块分别连接三电极控制模块和光电传感器模块；所述三电极控制模块用于制作电化学发光生物传感器，并将生物信号转换为光信号；所述光电传感器模块采集光信号并将光信号转换为电信号，将数据结果传送至移动端；所述三电极控制模块包括丝网印刷电极，在丝网印刷电极的工作电极表面添加已制备完成与发夹DNA结合的金纳米粒子、6
‑
巯基
‑1‑
己醇和量子点（可以是硒化镉、硫化镉、氮化碳、碳量子点等）的混合溶液，再滴加含共反应剂过硫酸钾的PBS缓冲溶液构成电化学发光生物传感器；目标物ctDNA与发夹DNA之间发生碱基互补配对，打开发夹DNA的结构，6
‑
巯基
‑1‑
己醇占据金纳米粒子表面多余的结合位点，使量子点与金纳米粒子之间的距离增加，导致因添加发夹DNA混合溶液被淬灭的电化学发光信号重新恢复，从而实现目标物ctDNA浓度检测的目的。
[0006]作为优选方案，所述盒体为中空结构，包括壳体和设置在盒体空腔中间的隔板，所述隔板将盒体内的空腔划分为恒电位仪区、主控制区和光信号采集区；所述三电极控制模块设置在恒电位仪区，所述主控制模块设置在主控制区，所述光电传感器模块设置在光信号采集区。
[0007]作为优选方案，所述光信号采集区内设有电磁屏蔽箱，所述电磁屏蔽箱为中空结构，所述电磁屏蔽箱的内侧壁上设置光电装置固定板，光电传感器模块安装在光电装置固定板上。
[0008]作为优选方案，所述恒电位仪区内固定有恒电位仪电路板，所述恒电位仪电路板上安装有被修饰过的丝网印刷电极，所述丝网印刷电极通过三电极通道送入光信号采集区的电磁屏蔽箱内。
[0009]作为优选方案，所述三电极控制模块还包括恒电位电路、ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、滤波电路、电流/电压转换放大电路、报警模块、控制开关；所述恒电位电路的输入端与经滤波电路后的DAC数模转换电路输出端相连，用于满足循环伏安法的扫描要求，所述恒电位电路的输出端与电流/电压转换放大电路的输入端相连，用于信号的放大；所述滤波电路由三阶巴特沃兹低通滤波器构成；所述报警电路采用蜂鸣器模块，在信号采集结束后进行报警提示；所述控制开关用于控制丝网印刷电极中的电流是否经过工作电极。
[0010]本专利技术还设计了一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测方法，包括以下步骤：S1. 控制三电极控制模块中的电路产生光信号；首先使用制备完成的电化学发光生物传感器孵育结合目标检测物，然后将被修饰过的丝网印刷电极内，通过主控制模块施加激发电压在电化学发光生物传感器上发生电化学发光反应，产生光信号；S2.光电传感器模块采集光信号并转换为电信号；光电传感器模块采集电解槽中的光信号，同时将光信号转换为电信号，并把数据结果传输至主控制模块；S3.主控制模块将数据结果传输至移动端；主控制模块将数据结果传输至蓝牙通信模块，蓝牙通信模块接收数据并传输至移动端，手机应用程序将采集的数据用图表显示出来。
[0011]作为优选方案，在步骤S1之前还包电化学发光生物传感器的制作，具体制作步骤如下：S1.1将量子点以及与发夹DNA结合的金纳米粒子的混合液均匀滴加在丝网印刷电极的工作电极表面，在电解槽中添加含有共反应剂的PBS溶液；量子点与共反应剂在脉冲信号的刺激下发生电化学发光反应，产生电化学光信号；S1.2在工作电极表面添加用金纳米粒子修饰的发夹DNA，形成电化学发光生物传感器。
[0012]量子点与金纳米粒子之间发生共振能量转移，电化学光信号被淬灭；然后在电解槽中添加目标检测物，目标检测物的ctDNA与发夹DNA之间发生碱基互补配对，打开发夹DNA的结构，使量子点与金纳米粒子之间的距离增加，破坏了电化学发光能量共振体系，导致电化学发光信号恢复。
[0013]作为优选方案，在所述步骤S1.2之前，在工作电极表面覆盖一层均匀的PDDA膜；一方面，PDDA膜使量子点更加稳定地附着在工作电极表面，另一方面，因PDDA带正电，发夹DNA带负电，通过静电相互作用将金纳米粒子修饰的发夹DNA更好地固定在工作电极表面。
[0014]作为优选方案，所述步骤S1.1的混合液中还包含6
‑
巯基
‑1‑
己醇。
[0015]作为优选方案，所述共反应剂为K2S2O8。因K2S2O8相比其他溶液其发光反应效果较
好。
[0016]本专利技术的有益效果：通过设置主控制模块、三电极控制模块、显示模块、蓝牙模块和光电传感器模块；三电极控制模块包括丝网印刷电极、滤波电路、电流/电压转换放大电路、数模转换电路、模数转换电路；主控制器经三电极控制模块连接三电极传感器控制数模转换模块输出三角脉冲信号，利用电化学原理中的循环伏安法刺激三电极体系在电解槽内发生电化学发光反应，电化学发光信号的强度与目标物ctDNA的浓度呈线性关系，因此本专利技术可用于检测目标物ctDNA浓度，从而达到循环肿瘤基因检测的目的。
[0017]光电传感器模块将电解槽中的荧光信号采集起来，并将光信号转换为电信号传到主控制器，主控制器将数据结果传输至蓝牙，蓝牙通信模块接收数据并传输至移动端，手机应用程序将采集的数据用图表显示出来。因此本专利技术能够有效解决检测目标物ctDNA浓度时信号检测速度慢、检测效率低、灵敏度差的技术问题。本专利技术具有灵敏度高，检测速度快，动态范围广，便携性好的优点。
[0018]另外，本专利技术的检测装置体积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，其特征在于：包括集成了主控制模块、三电极控制模块和光电传感器模块的盒体，所述主控制模块分别连接三电极控制模块和光电传感器模块；所述三电极控制模块用于制作电化学发光生物传感器，并将丝网印刷电极中的生物信号转换为光信号；所述光电传感器模块采集光信号并转换为电信号传送至移动端；所述三电极控制模块包括丝网印刷电极，在丝网印刷电极的工作电极表面添加量子点以及与发夹DNA结合的金纳米粒子的混合溶液，再滴加含有共反应剂的PBS缓冲溶液构成电化学发光生物传感器；目标物ctDNA与发夹DNA之间发生碱基互补配对，打开发夹DNA的结构，使量子点与金纳米粒子之间的距离增加，导致因添加发夹DNA混合溶液被淬灭的电化学发光信号重新恢复，从而实现目标物ctDNA浓度检测的目的。2.根据权利要求1所述的便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，其特征在于：所述盒体为中空结构，包括壳体和设置在盒体空腔中间的隔板，所述隔板将盒体内的空腔划分为恒电位仪区、主控制区和光信号采集区；所述三电极控制模块设置在恒电位仪区，所述主控制模块设置在主控制区，所述光电传感器模块设置在光信号采集区。3.根据权利要求2所述的便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，其特征在于：所述光信号采集区内设有电磁屏蔽箱，所述电磁屏蔽箱为中空结构，所述电磁屏蔽箱的内侧壁上设置光电装置固定板，光电传感器模块安装在光电装置固定板上。4.根据权利要求3所述的便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，其特征在于：所述恒电位仪区内固定有恒电位仪电路板，所述恒电位仪电路板上安装有被修饰过的丝网印刷电极，所述丝网印刷电极通过三电极通道送入光信号采集区的电磁屏蔽箱内。5.根据权利要求1所述的便携式肿瘤DNA的电化学发光检测装置，其特征在于：所述三电极控制模块还包括恒电位电路、ADC模数转换电路、DAC数模转换电路、滤波电路、电流/电压转换放大电路、报警模块、控制开关；所述恒电位电路的输入端与经滤波电路后的DAC数模转换电路输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张甜，史玮玮，李明，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：