一種基于電位法的α-唾液淀粉酶檢測裝置及制備使用方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電化學測定分析領域，具體講一種基于電位法的α -唾液淀粉酶檢測 裝置及制備使用方法，并應用于人類唾液淀粉酶的定量檢測。
【背景技術】
[0002] 唾液淀粉酶活性是交感神經(jīng)最敏感的指標。近年來，唾液淀粉酶活性檢測的可靠 性和有效性已被廣泛認可，它已成為一種反映人體自主神經(jīng)系統(tǒng)最為靈敏的指標，在國外 已經(jīng)被廣泛用于心理壓力和疾病的研究。因此，人體唾液中的唾液淀粉酶的準確、快速檢測 對于人類自主神經(jīng)系統(tǒng)的研究和心理學、生理學等領域的發(fā)展具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的唾液淀粉酶檢測主要采用生化儀進行操作，這一過程需要經(jīng)過專業(yè)培訓的 操作人員在耗時且嚴格的樣品預處理后使用專業(yè)儀器和昂貴試劑進行檢測，對于人力、設 備、時間和金錢都提出了較高的要求，應用不方便，阻礙了唾液淀粉酶檢測技術的進一步發(fā) 展。

【發(fā)明內容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于電位測量的唾 液淀粉酶檢測方法與裝置，價格低廉、診斷檢測速度快、線性范圍廣、制備工藝簡單；較常規(guī) 生物儀而言可定量快速無創(chuàng)檢測唾液淀粉酶，應用價值良好。
[0005] 本發(fā)明專利涉及的新方法采用電位法進行測量。電位法是一種電化學檢測方法， 靈敏度高、儀器簡單、功耗低、價格低廉，可做成便攜式微型化的傳感器，在生化檢測領域已 逐漸得到了廣泛的應用。電位法僅需兩電極系統(tǒng)，電極電壓由氧化還原電對的相對濃度決 定，即能斯特公式：
[0006]
[0007] 電極與電極面積無關，因此對電極的加工水平要求不高；檢測電位大多在毫伏級 另IJ，設備簡單，功耗低。由于檢測反應在微型虹吸槽通道內進行，檢測試劑擴散距離減小，反 應速度快，無需加熱提高反應速率，節(jié)約了加熱所需額外的能量消耗和控制裝置。同時，本 方法所需樣品極少（2 μ L)，無需額外混合裝置，整體檢測時間可以控制在5分鐘內，并且試 劑穩(wěn)定性高，可在室溫下儲存較長時間。
[0008] 技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0009] -種基于電位法的α -唾液淀粉酶檢測裝置，包括相互連接的分析芯片和檢測系 統(tǒng)；
[0010] 所述分析芯片包括樣品虹吸通道和絲網(wǎng)印刷電極，所述樣品虹吸通道包括兩個或 兩個以上分支通道，所述分支通道與所述絲網(wǎng)印刷電極連接或交叉；
[0011] 所述虹吸通道內添加有檢測試劑，所述檢測試劑包括淀粉和鐵氰化鉀；所述絲網(wǎng) 印刷電極包括互不連接的檢測電極，包括待測電極和固定電位電極。
[0012] 進一步的，在本發(fā)明中，所述檢測試劑為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鐵氰化鉀和150mM氫氧化鈉。
[0013] 進一步的，在本發(fā)明中，所述固定電位電極采用氯化銀參比電極，所述待測電極采 用碳電極，呈"L"型設置；所述樣品虹吸通道的兩個分支通道交叉穿過所述"L"型待測電極 的下端橫向部分的碳電極，將所述樣品虹吸通道分為三個部分：在與所述待測電極交叉處 下側的部分為反應區(qū)；在與所述待測電極交叉處及上側的一條分支通道為檢測區(qū)；在與所 述待測電極交叉處上側的另一條分支通道為擠壓區(qū)。
[0014] 進一步的，在本發(fā)明中，所述固定電位電極和所述待測電極均采用碳電極，所述固 定電位電極上固定有氫氧化鈉；所述樣品虹吸通道的兩個分支通道對稱設置，分別連接垂 直設置的所述固定電位電極和所述待測電極；所述固定電位電極一側設有指示線。
[0015] 進一步的，在本發(fā)明中，所述檢測系統(tǒng)包括電位信號采集硬件模塊和移動終端軟 件；所述絲網(wǎng)印刷電極分別通過相應設置在所述分析芯片上端的電極檢測接口連接所述電 位信號采集硬件模塊，所述電極檢測接口包括待測電極檢測接口和固定電位電極接口。
[0016] 制備基于電位法的α -唾液淀粉酶檢測裝置的方法，包括以下步驟：
[0017] 1)基底的一面印上兩側絲印油墨；
[0018] 2)所述基底的上端用作檢測接口，下端作為檢測電極；
[0019] 3)所述檢測電極的一側涂上氯化銀墨水或涂上氫氧化鈉，陰干；
[0020] 4)中間層切出相應的通道即為所述樣品虹吸通道，貼在所述基底印有石墨的一 面；
[0021] 5)最上層用2%的吐溫20進行親水處理，貼在所述中間層上；
[0022] 6)吸取檢測試劑混合溶液進入分析芯片，常溫陰干。
[0023] 進一步的，在本發(fā)明中，所述中間層為雙面膠，所述最上層和基底為塑料片；三者 均為寬度一致的長方形形狀，所述中間層和最上層長度一致，小于所述基底的長度。
[0024] 基于電位法的α -唾液淀粉酶檢測裝置的使用方法，包括如下步驟：
[0025] a)將所述檢測系統(tǒng)的電位信號采集硬件模塊插在移動終端的USB接口上，確認所 述檢測系統(tǒng)的移動終端軟件連接成功；
[0026] b)吸取待測唾液進入所述樣品虹吸通道，待唾液浸沒所述位置后停止吸取，啟動 所述移動終端軟件程序，虹吸通道內開始進行氧化還原反應；
[0027] c)將所述分析芯片的電極檢測接口插在所述檢測系統(tǒng)的電位信號采集硬件模塊 的接口上，等待反應完全后，檢測區(qū)內的電位變化經(jīng)電位信號采集硬件模塊采集并傳輸信 號給移動終端軟件，處理并顯示結果。
[0028] 進一步的，在本發(fā)明中，所述固定電位電極采用氯化銀參比電極，所述待測電極采 用碳電極，在反應區(qū)內進行反應，等待反應完全移動終端提示音響起后，在擠壓區(qū)施壓，擠 壓待測唾液至檢測區(qū)，移動終端軟件處理信息并顯示結果；
[0029] 進一步的，在本發(fā)明中，所述固定電位電極上固定有氫氧化鈉，所述待測電極采用 碳電極，待測唾液直接進入檢測區(qū)內反應，等待反應完全移動終端提示音響起后，移動終端 軟件處理信息并顯示結果。
[0030] 有益效果：本發(fā)明提供的基于電位測量的唾液淀粉酶檢測方法與裝置，將生物信 號轉換為電化學信號用于定量檢測，檢測過程簡單快速，無需專業(yè)人員操作，無需外部供 能，芯片易于制備、可量產(chǎn)制備，價格低廉并具有很好的實用性。
[0031] 本發(fā)明中涉及的基于電位測量的唾液淀粉酶檢測方法與裝置與現(xiàn)有技術相比具 有以下優(yōu)點：
[0032] 1、制備簡單，價格低廉，易于批量生產(chǎn)；
[0033] 2、相比安培法，電位測量不受電極面積，溶液電阻等影響；
[0034] 3、操作簡便，適合非專業(yè)人士使用；
[0035] 4、檢測準確率高，穩(wěn)定性好，線性范圍廣；
[0036] 5、微型裝置，無需加熱，耗能和試劑樣品消耗少；
[0037] 6、檢測快速：檢測時間控制在5分鐘之內，能夠滿足現(xiàn)場檢測的需求。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的方案原理圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明涉及的第一種檢測芯片的三層剖面結構示意圖和整體俯視圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明涉及的第二種檢測芯片的三層剖面結構示意圖和整體俯視圖；
[0041] 圖4為不同濃度唾液淀粉酶條件下對應的檢測電位差示意圖；
[0042] 其中：最上層1，中間層2,基底3,電極4,氯化銀參比電極5,電極檢測接口 6,氯化 銀參比電極檢測接口 7,固定電位電極8,檢測區(qū)9 ;擠壓區(qū)10 ;提示線11 ;反應區(qū)12。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0044] 一種基于電位法的α -唾液淀粉酶檢測裝置，包括相互連接的分析芯片和檢測系 統(tǒng)；其中，分析芯片包括樣品虹吸通道和絲網(wǎng)印刷電極，樣品虹吸通道包括兩個或兩個以上 分支通道，該分支通道與絲網(wǎng)印刷電極連接或交叉，形成檢測區(qū)9 ;
[0045] 絲網(wǎng)印刷電極包括互不連接的檢測電極，包括待測電極4和固定電位電極8 ;檢測 系統(tǒng)包括電位信號采集硬件模塊14和移動終端軟件13 ;其中電位信號采集硬件模塊負責 將絲網(wǎng)印刷電極測得的電位信號變化實時傳遞給移動終端，移動終端軟件負責檢測中的計 時和電位信號數(shù)據(jù)處理及顯示。絲網(wǎng)印刷電極分別通過相應設置在分析芯片上端的電極檢 測接口連接電位信號采集硬件模塊14,電極檢測接口包括待測電極檢測接口 6和固定電位 電極接口 7。
[0046] 樣品虹吸通道內預先添加有檢測試劑為：2 μ L 0.0 lM PBS溶液，pH 7. 4,該溶液中 含有0. 04g/mL可溶性淀粉、200mM鐵氰化鉀和150mM氫氧化鈉；待溶液干燥后將試劑固定 在通道內。樣品虹吸通道用于容納檢測試劑，吸取待測唾液并作為反應場所，檢測試劑中的 淀粉會被唾液淀粉酶水解產(chǎn)生麥芽糖，麥芽糖具有還原性，可還原試劑中的鐵氰化鉀為亞 鐵氰化鉀，絲網(wǎng)印刷電極可以將鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的濃度比變化定量轉化為電位信號 的變化。
[0047] 如圖1所示，本發(fā)明檢測方法的原理為：過量的淀粉在α -唾液淀粉酶的作用下分 解生成麥芽糖，具有還原性的麥芽糖與鐵氰化鉀在堿性條件下發(fā)生氧化還原反應，反應式 為：麥芽糖+鐵氰化鉀一麥芽糖酸+亞鐵氰化鉀（反應1)。由于電極電位由鐵氰化鉀與亞 鐵氰化鉀的濃度比決定，即電極電位：
[0048]
[0049] 其中E°'為標準電極電位，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。因此反 應1生成的亞鐵氰化鉀會引起相應電極的電位變化。淀粉酶活性越高，所測得電位差越大。 通過測量反應前后電極的電位差，可以計算出唾液淀粉酶的活性，如圖4所示。
[0050] 實施例1利用參比電極測定唾液淀粉酶的裝置
[0051] 如圖2所示，固定電位電極8采用氯化銀參比電極5,待測電極4采用碳電極，呈 "L"型設置；樣品虹吸通道從樣品進口分成一個垂直方向的封閉分支通道和一個斜角方向 的分支通道，通過擠壓封閉分支通道可以實現(xiàn)液體想斜角分支通道的定向流動，兩個分支 通道穿過"L"型待測電極4的下端橫向部分的碳電極，上側部分的分支通道均為垂直方向 設置，樣品虹吸通道分為三個部分：在與待測電極4交叉處下側的部分為反應區(qū)12 ;在與待 測電極4交叉處及上側的一條分支通道為檢測區(qū)9 ;在與待測電極4交叉處上側的另一條 分支通道為擠壓區(qū)10。分離反應區(qū)和檢測區(qū)可以最大程度地減少預置試劑中鐵氰化鉀與氯 化銀參比電極的接觸時間，能提高檢測精度和重復性。
[0052] 本發(fā)明所提供的利用參比電極測定唾液淀粉酶的裝置制備步驟包括：
[0053] 1)將塑料片切割成16mmX 9mm長方形，用作基底3,使用絲網(wǎng)印刷技術在一面印上 絲印油墨圖案；
[0054] 2)絲印油