基于生物舌的奎宁浓度检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及溶液浓度检测技术领域，尤其是涉及一种检测准确性高，速度快的基 于生物舌的奎宁浓度检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 现有的溶液浓度检测方法有仪器分析检测法和化学检测法，仪器分析检测法虽然 操作简单，但是存在检测精度低的缺陷；化学检测法存在操作繁琐，重复性差的不足。
[0003] 中国专利授权公开号<附03528877六，授权公开日2014年1月22日，公开了一种 小型生化反应器在线糖浓度检测系统，包括1个触摸屏，负责接受现场人员的设置和操作； 2个恒流栗，负责对反应液进行稀释；1个在线糖分析仪，负责糖浓度的在线检测；1个离线 糖浓度分析仪，负责糖浓度的离线检测；1个嵌入式模块BL2100,作为系统的控制单元，控 制恒流栗的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值 进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并根据离线糖浓度分析仪的值对 模型参数进行修正。该发明的不足之处是，检测精度低和重复性差的不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的是为了克服现有技术中的检测方法检测精度低和重复性差的 不足，提供了一种检测准确性高，速度快的基于生物舌的奎宁浓度检测装置及检测方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种基于生物舌的奎宁浓度检测装置，所述奎宁浓度检测装置与计算机电连接； 包括试验台，设于试验台上的检测盒、声表面波谐振器、电子计数器、振荡器和细胞电极芯 片；振荡器和声表面波谐振器构成振荡回路，计数器与振荡回路电连接，声表面波谐振器与 细胞电极芯片电连接，计数器与计算机电连接；
[0007] 所述细胞电极芯片包括基板、设于基板上表面的钨对电极、钨参比电极和工作电 极；所述细胞电极芯片平放于位于检测盒内，检测盒上设有可正对工作电极滴下奎宁溶液 的微量栗，检测盒下部设有出液口；所述工作电极包括泡沫铜层和设于泡沫铜层上的溅射 金层，溅射金层的各个网孔内均设有小鼠舌面菌状味蕾苦味味觉受体细胞；
[0008] 所述试验台上设有L形支撑臂，支撑臂上设有圆盘，圆盘上设有η个分别盛有不同 浓度的奎宁溶液的吊瓶；支撑臂中部设有位于圆盘下方的容器，容器内设有分别与进水管、 进气管连接的搅拌装置，搅拌装置上设有若干个通孔，容器上设有盖板，容器下部设有出液 管，微量栗与容器下端相连通；支撑臂通过可带动圆盘水平旋转的电机与圆盘相连接，各个 吊瓶下端、进水管、出液管及进气管上均设有电磁阀，计算机分别与微量栗、电机和各个电 磁阀电连接。
[0009] 所述细胞电极的制备过程如下：
[0010] 用于溅射金处理的溅射室内依次设有溅射仪、靶盘固定座、电极托板，电极托板通 过第一电机的水平转轴与溅射室连接，靶盘固定座通过第二电机的水平转轴与溅射室连 接；溅射室上还设有观察窗口；第一电机的水平转轴和第二电机的水平转轴同轴；
[0011] (1-1)将纯度彡99. 99 %，直径为4. 5至5. 0cm，厚度为0· 5至0· 7cm的金靶盘安装 到靶盘固定座上，将包括ST切型石英制成的基板、设于基板上的对电极、参比电极和泡沫 铜材料制成的工作电极的电极芯片安装到电极托板上，使工作电极面向靶盘并露出电极托 板之外；
[0012] (1-2)利用离子栗对溅射室抽真空，使真空度达到4. 2X10 5Pa以下；向溅射室充 入纯度彡99. 99 %的氩气；
[0013] (1-3)使溅射仪的功率由W呈阶梯式逐渐下降，靶盘上的金原子被溅射到工作电 极上；在溅射的过程中，第二电机带动靶盘匀速旋转，第一电机带动电极芯片以大于第二电 机的转速先同向旋转，再反向旋转，然后再同向旋转；得到溅射金后的电极芯片；
[0014] (1-4)将溅射金后的电极芯片进行干燥、浸泡、杀菌处理后，将用小鼠舌面菌状味 蕾苦味味觉受体细胞制成的细胞悬液滴到工作电极上，培养2至3小时，得到细胞电极。
[0015] 本发明的细胞电极芯片的工作电极是采用泡沫铜材料制成的，泡沫铜具有均匀分 布的三维网状孔结构，多层稳定的网状结构连接紧密，铜的机械性能良好，可防止网状结构 变形、塌陷及表面的断裂可能。工作电极表面网孔的直径在〇. 15mm-0.35mm之间，而其内部 的网孔直径越来越小，这种特殊的结构有利于分子或离子在网孔内自由移动，使得具有电 活性的分子或离子可以进入泡沫铜结构内部，增大了待测溶液与电极的接触面积，提高了 工作电极的灵敏度及选择性。
[0016] 本发明在工作电极上进一步溅射金原子，从而在网状结构内增加了一层金膜，金 膜具有隔离泡沫铜和小鼠舌面菌状味蕾苦味味觉受体细胞的作用，因为铜对小鼠舌面菌状 味蕾苦味味觉受体细胞具有毒害的作用，会降低小鼠舌面菌状味蕾苦味味觉受体细胞的活 性，而金对小鼠舌面菌状味蕾苦味味觉受体细胞没有毒害作用，小鼠舌面菌状味蕾苦味味 觉受体细胞活性更好，增加了工作电极的生物相容性，进一步提高了检测的灵敏度。
[0017] 本发明的生物舌是由培养在工作电极上的小鼠菌状味蕾苦味味觉受体细胞构成， 由于小鼠菌状味蕾苦味味觉受体细胞对奎宁有灵敏的响应，将小鼠舌面菌状味蕾苦味味觉 受体细胞培养在泡沫铜电极表面作为味觉敏感元件，细胞受到味物质分子的刺激产生特异 性响应，同时释放出ATP和五羟色胺等神经递质类化学物质，这些物质具有还原性，被泡沫 铜电极氧化得到特异性电流响应，电流响应被声表面波串联谐振器捕捉到，以频率的形式 检出，根据声表面波谐振器的检出频率就可以实现味物质信息检测的目标。
[0018] 因此，本发明具有操作简单，检测灵敏性好，检测精度高，检测速度快；装置稳定性 好，重复性好的特点。
[0019] 作为优选，所述搅拌装置为设于容器下部内的T形搅拌管，所述容器内设有竖筒， 竖筒上边缘设有向外水平延伸的翻边，T形搅拌管的下边缘设有与翻边相适配的向内水平 延伸的环形边，环形边上表面与翻边下表面间隙配合；
[0020] 竖筒上部设有挡圈，挡圈上表面与环形边下表面相接触；竖筒下部与进水管、进气 管相连接；
[0021] 各个通孔分别位于T形搅拌管一端的外周面后部和另一端的外周面前部。
[0022] T形搅拌管可以一边搅拌一边向溶液中充入氧气，从而提高溶液中的氧气浓度，高 含氧量的溶液可以提高小鼠菌状味蕾味觉受体细胞的活性，细胞活性好，则检测的灵敏度 更尚。
[0023] 作为优选，所述基板下表面上由内至外依次设有聚氨酯泡沫层和溅射铜层。基板 下表面上溅射铜层具有还原催化作用，会加快细胞释放出ATP和五羟色胺等神经递质类化 学物质的还原反应速度，特异性电流响应更强，检测的灵敏度更高。
[0024] 作为优选，声表面波谐振器包括压电基片、叉指换能器、2个反射栅、设于反射栅两 侧的4个增益栅和分别设置于两个反射栅的远离叉指换能器一侧的两个吸声件；对电极和 工作电极分别与设于叉指换能器上的2个连接端电连接。
[0025] -种基于生物舌的奎宁浓度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
[0026] (5-1)在圆盘的η个吊瓶中依次盛有浓度逐渐升高的奎宁溶液，计算机按照浓度 升高的顺序为各个吊瓶由1至η依次编号，计算机中存储有1至η吊瓶中的奎宁溶液浓度 k k2, . . .，kn，吊瓶序号i的初始值为1，i = 1，…，η ;
[0027] (5-2)计算机控制出液管的电磁阀关闭，通过电机控制圆盘转动，使编号为i的吊 瓶与容器对准，计算机控制该吊瓶的电磁阀打开，吊瓶内的奎宁溶液被倒进容器中；
[0028] (5-3)将盖板从容器上取下，计算机控制与氧气连通的进气管的电磁阀打开，搅拌 装置边搅拌边向溶液内充入氧气，3至5分钟后计算机控制进气管的电磁阀关闭；
[0029] (5-4)计算机控制微量栗每隔时间T向工作电极滴下0. 05ml的奎宁溶液，当滴完 300至350滴后计算机控制微量栗停止滴液；在滴液的同时，计数器采集振荡回路的频率响 应曲线，计算机在频率响应曲线上采集若干个频率值，将各个频率值构成频率信号S(t);
[0030] (5-5)计算机中预设有二阶线性随机共振模型
1)，将S (t)输入二阶线性随机共 振模型并使二阶线性随机共振模型共振；
[0031] 其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线 性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ 2α)的系数，ξ (t)为