一种阻抗生物传感器及生物阻抗检测分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物阻抗检测技术领域，尤其涉及一种阻抗生物传感器及生物阻抗检 测分析方法。
【背景技术】
[0002] 食品安全和动物疫病是我国面临的最突出问题之一。当前，食品安全事故处于多 发期，高致病性动物疫病也时有发生。病原微生物筛查是食品安全和动物疫病防控的关键， 由于现有的常规检测方法通常无法实现现场快速检测，因此迫切需要发展病原微生物快速 检测技术。
[0003] 阻抗生物传感器是一种新型生物检测技术，具有检测速度较快、灵敏度较高和操 作较简单等优点，已得到农业、食品、环境和卫生等领域科研工作者和企业的关注。前人研 宄表明：其检测精度通常介于大型实验室分析仪器（如实时荧光定量PCR)与常规快速检测 方法（如胶体金试纸条）之间，有望实现病原微生物的简单、快速和低成本的检测。目前， 阻抗生物传感器通常由阻抗生物芯片和阻抗分析仪组成，阻抗分析一般由大型阻抗分析仪 器来完成，美国Agilent、英国Solartron公司、德国Zahner公司都已经开发出了阻抗分析 仪器或电化学工作站；此外，也有研宄报道了一些小型阻抗检测装置，如在应义斌（授权公 共号CN 203310795 U)、胡耀华（授权公共号CN 203241371 U)等人自主开发的阻抗检测装 置。应义斌的手持式阻抗检测装置在模拟信号与检测电极之间加入前置处理，提高了阻抗 检测的精度和稳定性。胡耀华的手持阻抗检测装置可实现多目标测定，并且有报警功能。
[0004] 但是现有的小型阻抗检测装置存在频带过窄、检测速度和精度偏低、功能较简单 等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种阻抗生物传感器，实现在较宽频带范围内生 物阻抗的快速准确测量和分析。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明公开了一种阻抗生物传感器，所述阻抗生物传感器 包括微处理器、阻抗测量模块以及微电极模块，目标微生物吸附于所述微电极模块上从而 改变所述微电极模块的阻抗；所述微处理器控制所述阻抗测量模块完成所述微电极模块的 阻抗的获取，并对所述阻抗进行处理分析得到目标微生物浓度；
[0007] 所述阻抗测量模块包括：
[0008] 阻抗测量芯片，用于测量所述微电极模块的阻抗，所述阻抗测量芯片与所述微处 理器连接，所述微处理器为所述阻抗测量芯片提供控制信号；
[0009] 高通滤波器，其输入端与所述阻抗测量芯片的激励信号输出端连接，用于过滤低 频干扰信号；
[0010] 电压跟随器，其输入端连接所述高通滤波器的输出端，其输出端连接所述微电极 模块的输入端，用于调节所述阻抗测量芯片输出的激励信号的直流偏置电压，从而消除所 述微电极模块的输出端和输入端之间的直流分量差异；
[0011] I-V缓冲器，其输入端连接所述微电极模块的输出端，其输出端通过反馈电阻连接 所述阻抗测量芯片的输入引脚VIN和RFB，用于将所述微电极模块输出的电流信号转换成 电压信号并输入到所述阻抗测量芯片，并由所述阻抗测量芯片将接收的所述电压信号处理 得到所述微电极模块的阻抗，再将所述微电极模块的阻抗传递给所述微处理器；
[0012] 以及量程调节器，其输入端连接所述微电极模块的输出端，其输出端连接所述I-V 缓冲器的输出端，用于为所述阻抗测量芯片提供多个测量档。
[0013] 优选地，所述微处理器采用ARM9处理器，并且所述ARM9处理器与所述阻抗测量芯 片的连接方式为：
[0014] 所述ARM9处理器的内部定时器T0的引脚T0UT0与所述阻抗测量芯片的外部时钟 引脚MCLK连接，为所述阻抗测量芯片提供时钟信号；所述ARM9处理器的I 2C接口时钟引脚 I2CSCL和I2C接口数据引脚I2CSDA分别与所述阻抗测量芯片的I 2C接口时钟引脚SCL以及 I2C接口数据引脚SDA连接。
[0015] 优选地，所述微处理器包括分析计算单元，其根据所述阻抗测量芯片测量得到的 所述微电极模块的阻抗得到此时所述微电极模块的电子转移电阻，并计算此时所述微电极 模块的电子转移电阻与所述微电极模块未吸附目标微生物时的电子转移电阻的差值，作为 电子转移电阻变化值，利用所述电子转移电阻变化值与目标微生物浓度的关系模型，分析 得到对应的目标微生物浓度；
[0016] 所述分析计算单元包括模型构建子单元，其将所述微电极模块构成的检测体系转 化为等效电路，并计算所述等效电路的阻抗，再根据所述等效电路的阻抗求取其实部，之后 结合测量的阻抗的实部和对应的角频率，利用牛顿下山算法求取电子转移电阻；求取此时 的所述电子转移电阻与所述微电极模块未吸附目标微生物时的电子转移电阻的差值，作为 电子转移电阻变化值，建立所述电子转移电阻变化值与目标微生物浓度的关系模型。
[0017] 此步骤中，所述阻抗测量芯片测量得到阻抗的实部和虚部（十六进制），并将测量 值传输给所述微处理器，所述微处理器首先根据所述阻抗测量芯片对应的产品说明书中的 转换公式得到微处理器模块的阻抗的实际的实部和虚部，之后利用下面公式求取电子转移 电阻，
【主权项】
1. 一种阻抗生物传感器，其特征在于，所述阻抗生物传感器包括微处理器、阻抗测量 模块W及微电极模块，目标微生物吸附于所述微电极模块上从而改变所述微电极模块的阻 抗；所述微处理器控制所述阻抗测量模块完成所述微电极模块的阻抗的获取，并对所述阻 抗进行处理分析得到目标微生物浓度； 所述阻抗测量模块包括： 阻抗测量巧片，用于测量所述微电极模块的阻抗，所述阻抗测量巧片与所述微处理器 连接，所述微处理器为所述阻抗测量巧片提供控制信号； 高通滤波器，其输入端与所述阻抗测量巧片的激励信号输出端连接，用于过滤低频干 扰信号； 电压跟随器，其输入端连接所述高通滤波器的输出端，其输出端连接所述微电极模块 的输入端，用于调节所述阻抗测量巧片输出的激励信号的