利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法
【专利摘要】本发明涉及利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其具体步骤包括输送电解质溶液至生物传感器表面、电信号响应、电信号响应值与参考值比较、计算生物传感器的数量、确定靶标分子的浓度。本发明所述利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法的优越效果在于：利用生物传感器阵列检测的动态范围和增加被测目标分子浓度量化时的准确性和可重复性，能够大幅降低误差并扩展测量的准确度和动态测试范围。
【专利说明】利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物传感器应用领域，具体涉及一种利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法。
【背景技术】
[0002]在医学生物检测和化学分析领域，常使用生物化学传感器来量化目标分析物样品中的分子的系统和方法是现代分析测量的基石。快捷低价的检测系统和方法对于许多领域都有非常重要的应用，如生命科学研究、医疗保健、疾病诊断、药物开发、环境监测、食品安全和生物恐怖主义，都需要依靠生物传感器来检测特异性、检测速度和灵敏度。
[0003]现有技术中公开的生物传感器及生物传感器阵列对溶液中靶标分子浓度的测量不准确，而误差经过累计导致测量结果失效，为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中的不足，本发明公开一种利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其具体步骤如下:
[0007]SOl:将包含靶标分子的电解质溶液输送到生物传感器阵列表面；
[0008]S02:测量每个生物传感器的电信号响应；
[0009]S03:把每个生物传感器的电信号响应值和设定的参考值进行比较；如果响应信号大于参考值，数字信号输出和存储数字信号“I” ；反之输出和存储数字信号“O” ；
[0010]S04:计算出存储数字信号为“I”和“O”的生物传感器的数量；
[0011]S05:把计算结果和校准曲线比较来确定靶标分子的浓度。
[0012]优选为，步骤S03中，所述的参考值是整个生物传感器阵列的响应信号的平均值。
[0013]优选为，步骤S04中，计算出存储数字信号为“ I”和“O”的生物传感器分别占全部传感器阵列总数的百分比。
[0014]优选为，所述生物传感器电信号响应和设定的参考值的比较、数字信号输出，以及靶标分子浓度的定量任务由电路或软件，或者电路和软件联合完成。
[0015]与现有技术相比，本发明所述利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法的优越效果在于:利用生物传感器阵列检测的动态范围和增加被测目标分子浓度量化时的准确性和可重复性，能够大幅降低误差并扩展测量的准确度和动态测试范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法流程图；
[0017]图2为本发明所述方法应用于数字式检测信号的读取示意图；[0018]图3为本发明所述方法应用于数字式检测电路的方案。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0020]如附图1-3所示，利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其具体步骤如下:
[0021]SOl:将包含靶标分子的电解质溶液输送到生物传感器阵列的表面；
[0022]S02:测量每个生物传感器I的电信号响应；
[0023]S03:把每个生物传感器I的电信号响应值和设定的一个参考值进行比较；如果响应信号大于参考值，数字信号输出和存储数字信号“I”；反之输出和存储数字信号“O”；
[0024]S04:计算出存储数字信号为“I”和“O”的生物传感器I的数量；
[0025]S05:把计算结果和校准曲线比较来定量靶标分子的浓度。
[0026]在步骤S03中，所述的参考值是整个生物传感器阵列的响应信号的平均值。
[0027]在步骤S04中，计算出存储数字信号为“I”和“O”的生物传感器I分别占全部传感器阵列总数的百分比。
[0028]所述生物传感器I的电信号响应和设定的参考值的比较、数字信号输出，以及靶标分子浓度的定量任务由电路或软件，或者电路和软件联合完成。
[0029]本发明所述利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法能够实现数字式检测信号的读取，从而扩展检测的动态范围和增加被测目标分子浓度量化时的准确性和
可重复性。
[0030]图2所示为本发明所述方法应用于数字式检测信号的读取示意图，一个包含电化学传感器、数量在50个至50000个之间的传感器阵列，每一个生物传感器I通过行地址解码器4和列地址解码器5来单独读取信号；通过快速分时读取，整个阵列中的每一个生物传感器I的信号都被读取。
[0031]在检测时，所述生物传感器I取电化学传感器，包含待测目标分子的电解质被输送到芯片表面来覆盖整个电化学传感器阵列的各个电化学传感器的感测区域。每一个生物传感器I都被读取，读取后响应被分成两种:
[0032]I)有目标分子结合到所述电化学传感器而产生电信号变化，产生数字信号“I”；
[0033]2)没有目标分子结合到该传感器而没有电信号变化，从而产生数字信号“O” ；
[0034]最后输出的检测结果生物传感器I的数量，或者占总生物传感器阵列的百分比输出了“I”或者“0”，即待测分子和生物传感器阵列结合的统计情况。当溶液中的目标分子浓度很低时，分子的扩散过程使得极少的生物传感器I能捕捉到目标分子而输出信号“I”；而当溶液中的目标分子浓度高时，会有大量的生物传感器I能捕捉到目标分子而输出信号“I”。输出信号“I”的生物传感器I的数量和待测分子浓度形成单向递增函数关系。在通过和事先测试建立的标准曲线比较，能够量化待测分子的浓度。这种数字输出的方案能够大幅降低误差并扩展测量的准确度和动态测试范围。
[0035]如图3所示为利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法应用于数字式检测电路的方案。
[0036]所述生物传感器阵列包括多个生物传感器I。当待测分子结合到涂有探针的生物传感器I时，所述生物传感器I产生了电信号变化，如电流变化；所述电流变化的信号被放大并转换成电压值。所述电压值和设定的阈值进行比较。如果生物传感器I响应的电压值大于预设的阈值，就输出数字信号“1”，即生物传感器I被判定为成功捕获了目标分子；反之则输出“O”。每一个生物传感器I的输出值被输入到一个移位式寄存器2中。这些数字信号直接输出到后端的信号处理器中，也能再串联输入到一个计数器3中，然后计算输出为“I”或“O”的生物传感器I的数量，也能够根据生物传感器I与生物传感器阵列总数的百分比来量化待测分子浓度。
[0037]所述生物传感器阵列中的生物传感器I采用电化学生物传感器、离子敏感场效应晶体管；所述离子敏感场效应晶体管是高敏度的纳米线场效应晶体管、鳍式场效应晶体管、蜿蜒型纳米线沟道生物传感器。所述蜿蜒型纳米线沟道生物传感器的沟道呈蛇形、锯齿形、螺旋形。
[0038]所述生物传感器阵列的生物传感器1、行地址解码器4和列地址解码器5均为现有设备。
[0039]本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
【权利要求】
1.利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，具体步骤如下: 501:将包含靶标分子的电解质溶液输送到生物传感器阵列表面； 502:测量每个生物传感器的电信号响应； 503:把每个生物传感器的电信号响应值和设定的参考值进行比较；如果响应信号大于参考值，数字信号输出和存储数字信号“I” ；反之输出和存储数字信号“O” ； 504:计算出存储数字信号为“I”和“O”的生物传感器的数量； 505:把计算结果和校准曲线比较来确定靶标分子的浓度。
2.根据权利要求1所述的利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，步骤S03中，所述的参考值是整个生物传感器阵列的响应信号的平均值。
3.根据权利要求1所述的利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，步骤S04中，计算出存储数字信号为“I”和“O”的生物传感器分别占全部传感器阵列总数的百分比。
4.根据权利要求1所述的利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，所述生物传感器电信号响应和设定的参考值的比较、数字信号输出，以及靶标分子浓度的定量任务由电路完成。
5.根据权利要求1所述的利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，所述生物传感器电信号响应和设定的参考值的比较、数字信号输出，以及靶标分子浓度的定量任务由软件完成。
6.根据权利要求1所述的利用生物传感器阵列测定溶液中靶标分子浓度的方法，其特征在于，所述生物传感器电信号响应和设定的参考值的比较、数字信号输出，以及靶标分子浓度的定量任务由电路和软件联合完成。
【文档编号】G01N27/26GK103592349SQ201310625181
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】胡文闯 申请人:胡文闯