一种基于电位法的α-唾液淀粉酶检测装置及制备使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电化学测定分析领域，具体讲一种基于电位法的α -唾液淀粉酶检测 装置及制备使用方法，并应用于人类唾液淀粉酶的定量检测。
【背景技术】
[0002] 唾液淀粉酶活性是交感神经最敏感的指标。近年来，唾液淀粉酶活性检测的可靠 性和有效性已被广泛认可，它已成为一种反映人体自主神经系统最为灵敏的指标，在国外 已经被广泛用于心理压力和疾病的研究。因此，人体唾液中的唾液淀粉酶的准确、快速检测 对于人类自主神经系统的研究和心理学、生理学等领域的发展具有重要意义。
[0003] 传统的唾液淀粉酶检测主要采用生化仪进行操作，这一过程需要经过专业培训的 操作人员在耗时且严格的样品预处理后使用专业仪器和昂贵试剂进行检测，对于人力、设 备、时间和金钱都提出了较高的要求，应用不方便，阻碍了唾液淀粉酶检测技术的进一步发 展。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电位测量的唾 液淀粉酶检测方法与装置，价格低廉、诊断检测速度快、线性范围广、制备工艺简单；较常规 生物仪而言可定量快速无创检测唾液淀粉酶，应用价值良好。
[0005] 本发明专利涉及的新方法采用电位法进行测量。电位法是一种电化学检测方法， 灵敏度高、仪器简单、功耗低、价格低廉，可做成便携式微型化的传感器，在生化检测领域已 逐渐得到了广泛的应用。电位法仅需两电极系统，电极电压由氧化还原电对的相对浓度决 定，即能斯特公式：
[0006]
[0007] 电极与电极面积无关，因此对电极的加工水平要求不高；检测电位大多在毫伏级 另IJ，设备简单，功耗低。由于检测反应在微型虹吸槽通道内进行，检测试剂扩散距离减小，反 应速度快，无需加热提高反应速率，节约了加热所需额外的能量消耗和控制装置。同时，本 方法所需样品极少（2 μ L)，无需额外混合装置，整体检测时间可以控制在5分钟内，并且试 剂稳定性高，可在室温下储存较长时间。
[0008] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0009] -种基于电位法的α -唾液淀粉酶检测装置，包括相互连接的分析芯片和检测系 统；
[0010] 所述分析芯片包括样品虹吸通道和丝网印刷电极，所述样品虹吸通道包括两个或 两个以上分支通道，所述分支通道与所述丝网印刷电极连接或交叉；
[0011] 所述虹吸通道内添加有检测试剂，所述检测试剂包括淀粉和铁氰化钾；所述丝网 印刷电极包括互不连接的检测电极，包括待测电极和固定电位电极。
[0012] 进一步的，在本发明中，所述检测试剂为2 yL 0.0 lM PBS溶液，pH 7. 4,所述溶液 中含有0. 04g/mL可溶性淀粉、200mM铁氰化钾和150mM氢氧化钠。
[0013] 进一步的，在本发明中，所述固定电位电极采用氯化银参比电极，所述待测电极采 用碳电极，呈"L"型设置；所述样品虹吸通道的两个分支通道交叉穿过所述"L"型待测电极 的下端横向部分的碳电极，将所述样品虹吸通道分为三个部分：在与所述待测电极交叉处 下侧的部分为反应区；在与所述待测电极交叉处及上侧的一条分支通道为检测区；在与所 述待测电极交叉处上侧的另一条分支通道为挤压区。
[0014] 进一步的，在本发明中，所述固定电位电极和所述待测电极均采用碳电极，所述固 定电位电极上固定有氢氧化钠；所述样品虹吸通道的两个分支通道对称设置，分别连接垂 直设置的所述固定电位电极和所述待测电极；所述固定电位电极一侧设有指示线。
[0015] 进一步的，在本发明中，所述检测系统包括电位信号采集硬件模块和移动终端软 件；所述丝网印刷电极分别通过相应设置在所述分析芯片上端的电极检测接口连接所述电 位信号采集硬件模块，所述电极检测接口包括待测电极检测接口和固定电位电极接口。
[0016] 制备基于电位法的α -唾液淀粉酶检测装置的方法，包括以下步骤：
[0017] 1)基底的一面印上两侧丝印油墨；
[0018] 2)所述基底的上端用作检测接口，下端作为检测电极；
[0019] 3)所述检测电极的一侧涂上氯化银墨水或涂上氢氧化钠，阴干；
[0020] 4)中间层切出相应的通道即为所述样品虹吸通道，贴在所述基底印有石墨的一 面；
[0021] 5)最上层用2%的吐温20进行亲水处理，贴在所述中间层上；
[0022] 6)吸取检测试剂混合溶液进入分析芯片，常温阴干。
[0023] 进一步的，在本发明中，所述中间层为双面胶，所述最上层和基底为塑料片；三者 均为宽度一致的长方形形状，所述中间层和最上层长度一致，小于所述基底的长度。
[0024] 基于电位法的α -唾液淀粉酶检测装置的使用方法，包括如下步骤：
[0025] a)将所述检测系统的电位信号采集硬件模块插在移动终端的USB接口上，确认所 述检测系统的移动终端软件连接成功；
[0026] b)吸取待测唾液进入所述样品虹吸通道，待唾液浸没所述位置后停止吸取，启动 所述移动终端软件程序，虹吸通道内开始进行氧化还原反应；
[0027] c)将所述分析芯片的电极检测接口插在所述检测系统的电位信号采集硬件模块 的接口上，等待反应完全后，检测区内的电位变化经电位信号采集硬件模块采集并传输信 号给移动终端软件，处理并显示结果。
[0028] 进一步的，在本发明中，所述固定电位电极采用氯化银参比电极，所述待测电极采 用碳电极，在反应区内进行反应，等待反应完全移动终端提示音响起后，在挤压区施压，挤 压待测唾液至检测区，移动终端软件处理信息并显示结果；
[0029] 进一步的，在本发明中，所述固定电位电极上固定有氢氧化钠，所述待测电极采用 碳电极，待测唾液直接进入检测区内反应，等待反应完全移动终端提示音响起后，移动终端 软件处理信息并显示结果。
[0030] 有益效果：本发明提供的基于电位测量的唾液淀粉酶检测方法与装置，将生物信 号转换为电化学信号用于定量检测，检测过程简单快速，无需专业人员操作，无需外部供 能，芯片易于制备、可量产制备，价格低廉并具有很好的实用性。
[0031] 本发明中涉及的基于电位测量的唾液淀粉酶检测方法与装置与现有技术相比具 有以下优点：
[0032] 1、制备简单，价格低廉，易于批量生产；
[0033] 2、相比安培法，电位测量不受电极面积，溶液电阻等影响；
[0034] 3、操作简便，适合非专业人士使用；
[0035] 4、检测准确率高，稳定性好，线性范围广；
[0036] 5、微型装置，无需加热，耗能和试剂样品消耗少；
[0037] 6、检测快速：检测时间控制在5分钟之内，能够满足现场检测的需求。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明的方案原理图；
[0039] 图2为本发明涉及的第一种检测芯片的三层剖面结构示意图和整体俯视图；
[0040] 图3为本发明涉及的第二种检测芯片的三层剖面结构示意图和整体俯视图；
[0041] 图4为不同浓度唾液淀粉酶条件下对应的检测电位差示意图；
[0042] 其中：最上层1，中间层2,基底3,电极4,氯化银参比电极5,电极检测接口 6,氯化 银参比电极检测接口 7,固定电位电极8,检测区9 ;挤压区10 ;提示线11 ;反应区12。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0044] 一种基于电位法的α -唾液淀粉酶检测装置，包括相互连接的分析芯片和检测系 统；其中，分析芯片包括样品虹吸通道和丝网印刷电极，样品虹吸通道包括两个或两个以上 分支通道，该分支通道与丝网印刷电极连接或交叉，形成检测区9 ;
[0045] 丝网印刷电极包括互不连接的检测电极，包括待测电极4和固定电位电极8 ;检测 系统包括电位信号采集硬件模块14和移动终端软件13 ;其中电位信号采集硬件模块负责 将丝网印刷电极测得的电位信号变化实时传递给移动终端，移动终端软件负责检测中的计 时和电位信号数据处理及显示。丝网印刷电极分别通过相应设置在分析芯片上端的电极检 测接口连接电位信号采集硬件模块14,电极检测接口包括待测电极检测接口 6和固定电位 电极接口 7。
[0046] 样品虹吸通道内预先添加有检测试剂为：2 μ L 0.0 lM PBS溶液，pH 7. 4,该溶液中 含有0. 04g/mL可溶性淀粉、200mM铁氰化钾和150mM氢氧化钠；待溶液干燥后将试剂固定 在通道内。样品虹吸通道用于容纳检测试剂，吸取待测唾液并作为反应场所，检测试剂中的 淀粉会被唾液淀粉酶水解产生麦芽糖，麦芽糖具有还原性，可还原试剂中的铁氰化钾为亚 铁氰化钾，丝网印刷电极可以将铁氰化钾和亚铁氰化钾的浓度比变化定量转化为电位信号 的变化。
[0047] 如图1所示，本发明检测方法的原理为：过量的淀粉在α -唾液淀粉酶的作用下分 解生成麦芽糖，具有还原性的麦芽糖与铁氰化钾在碱性条件下发生氧化还原反应，反应式 为：麦芽糖+铁氰化钾一麦芽糖酸+亚铁氰化钾（反应1)。由于电极电位由铁氰化钾与亚 铁氰化钾的浓度比决定，即电极电位：
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[0049] 其中E°'为标准电极电位，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数。因此反 应1生成的亚铁氰化钾会引起相应电极的电位变化。淀粉酶活性越高，所测得电位差越大。 通过测量反应前后电极的电位差，可以计算出唾液淀粉酶的活性，如图4所示。
[0050] 实施例1利用参比电极测定唾液淀粉酶的装置
[0051] 如图2所示，固定电位电极8采用氯化银参比电极5,待测电极4采用碳电极，呈 "L"型设置；样品虹吸通道从样品进口分成一个垂直方向的封闭分支通道和一个斜角方向 的分支通道，通过挤压封闭分支通道可以实现液体想斜角分支通道的定向流动，两个分支 通道穿过"L"型待测电极4的下端横向部分的碳电极，上侧部分的分支通道均为垂直方向 设置，样品虹吸通道分为三个部分：在与待测电极4交叉处下侧的部分为反应区12 ;在与待 测电极4交叉处及上侧的一条分支通道为检测区9 ;在与待测电极4交叉处上侧的另一条 分支通道为挤压区10。分离反应区和检测区可以最大程度地减少预置试剂中铁氰化钾与氯 化银参比电极的接触时间，能提高检测精度和重复性。
[0052] 本发明所提供的利用参比电极测定唾液淀粉酶的装置制备步骤包括：
[0053] 1)将塑料片切割成16mmX 9mm长方形，用作基底3,使用丝网印刷技术在一面印上 丝印油墨图案；
[0054] 2)丝印油