引言

       惡性腫瘤嚴(yan) 重危害著人類的健康，但是對於(yu) 早期惡性腫瘤的患者由於(yu) 沒有明顯的症狀，所以檢測相對而言比較麻煩，人們(men) 也逐漸認識到了檢測的重要性。下麵對一款惡性腫瘤早期測試儀(yi) 做下簡單的介紹。

       惡性腫瘤電化學篩查與(yu) 早期診斷儀(yi) 由八通道免疫測定芯片，多通道恒電位電路和自動化係統和數據處理與(yu) 顯示係統所組成；基本結構如圖1所示；八通道免疫測定芯片通過接口與(yu) 多通道恒電位儀(yi) 相連接，數據處理與(yu) 顯示係統通過接口也與(yu) 多通道恒電位儀(yi) 相連接。測定樣品時，將各通道得到的I-V數據做成8個(ge) 峰圖，然後對每個(ge) 峰圖設置閾值，當測得的峰信號高於(yu) 閾值15%為(wei) 陽性，低於(yu) 閾值15%為(wei) 陰性，在之間為(wei) 可疑，需進行進一步檢查。下麵對就其結構進行簡單介紹。

1 基本原理

1.1、 八通道免疫測定芯片

       由於(yu) 我們(men) 在實驗中需要同時對多種抗體(ti) 進行測量，減小測量周期，因此使用八通道免疫測定芯片，即有八個(ge) 工作電極，如圖2所示，每個(ge) 電極上固定有不同的抗原功能化膜。基於(yu) 競爭(zheng) 反應模式，將樣品（抗原）和特定濃度的多種酶標抗體(ti) 溶液的混合液作為(wei) 溫育液，利用免疫芯片上固定的不同抗原和樣品抗原競爭(zheng) 反應溫育液中相對應的辣根過氧化物酶標記的酶標抗體(ti) [1]，從(cong) 而使 辣根過氧化物酶固定在電極表麵，催化H2O2與(yu) 電子傳(chuan) 遞媒介體(ti) 的反應，通過催化電流的大小間接檢測待測抗原的含量。

       下麵取一個(ge) 工作電極和輔助電極，參比電極[2]進行介紹，如圖3所示。電流在工作電極與(yu) 輔助電極之間流動。工作電極為(wei) 研究的具體(ti) 對象，輔助電極可以是任一種電極，要求它的電化學性質不影響工作電極的行為(wei) ，參比電極是一個(ge) 已知電勢的電極，用來作為(wei) 參考,使工作電極有個(ge) 電位基準。由於(yu) 化學池中溶液存在一定的電阻，所以存在一定的電壓降[3]，電勢的變化還有一部分由iR引起，對測量有一定的影響。為(wei) 了去掉它的影響 ，要求參比電極與(yu) 工作電極間的輸入阻抗盡可能大，通過參比電極的電流可以忽略，則它的電勢保持不變，等於(yu) 開路電勢。在具體(ti) 使用中，當參比電極距離工作電極很近時，由於(yu) 流過的電流很小，可以忽略電壓降的影響。

1.2、 恒電位儀(yi)

       用三電極體(ti) 係研究溶液特性時，要求工作電極短時間相對於(yu) 參比電極保持在設定的電位上，不會(hui) 由於(yu) 化學反應進行時發生變化，因此使用恒電位儀(yi) 來控製三電極係統，如圖4所示，控製對電極和參比電極：

       由運放U1構成的電壓跟隨器將由上位機寫(xie) 入的掃描電壓經DA控製輸入與(yu) 負載隔離開來，並將接受到的掃描電壓加到U2上，參比電極的電流流過一個(ge) 電阻後由電壓跟隨器U3將其電壓加在U2上， U2作為(wei) 一個(ge) 差分式積分電路將兩(liang) 個(ge) 電壓去掉噪聲[5]後加在對電極上。

       圖5所示，為(wei) 工作電極的工作電路，由U1將工作電極上的電流轉化為(wei) 電壓信號，U2、U3、U4、U5構成一個(ge) 儀(yi) 表放大器[6]，將輸入電壓放大10倍，然後經過A/D輸出給上位機。

       對於(yu) 由上位機加到恒電位儀(yi) 上的掃描電壓由我們(men) 的具體(ti) 實驗相關(guan) ，下麵對DPV測量方法[7]進行闡述。

1.3、 DPV（Differential Pulse Voltammetry）測量方法

       DPV是一種精確度較高的伏安測量法，用於(yu) 定量測量，如圖7為(wei) 加在電極上的電壓。

       實驗初期，基電勢遠正於(yu) 樣本的標準電勢E0，脈衝(chong) 時電勢變化很小，沒有法拉第電流，所以i（t）-i(t’)近似為(wei) 0，而當電勢逐漸降低到標準電勢E0附近時，電極上的物質會(hui) 以最快的速度被還原，因此形成法拉第電流，i（t）-i(t’)很大，當電勢繼續降低，當物質被完全還原後，法拉第電流降低，所以能得到峰狀結果。

       Step E是方波以一定的步長增長，因為(wei) 在實驗時存在一定的背景電流，所以通過差分計算，在一個(ge) 周期的最高點和最低點分別采樣，然後將得到的電流相減，這樣可以去掉背景電流。最後在做伏安曲線時以最低點的電壓作為(wei) 標準，當振幅不是太大的情況下，可以將誤差控製在一定的範圍內(nei) 。

2 數據處理和分析

DPV測量

       按照如表1的參數設定將一個(ge) 掃描電壓經數模轉換加到電極上。

       由圖6可知，重複使用同一芯片會(hui) 造成電流的峰值減小，主要原因在於(yu) 對芯片進行衝(chong) 洗時會(hui) 導致電極上的抗原數目減少，故該芯片不能重複使用。但是能看到明顯的峰值，並能得到相應的含量。

       起始電壓(mV) 掃描台階(mV) 結束電壓(mV) 掃描周期(mS) 脈衝(chong) 台階(mV) 脈衝(chong) 寬度(mV)-200 -2 -450 500 -30 80

3結語

       通過對樣品使用DPV進行分析可以看到明顯的峰值，然後根據峰值對應的電壓可以得到抗原的數目從(cong) 而判斷是否有相應的惡性腫瘤。

軟件部分通過使用for語句，可以在加通過恒電位儀(yi) 加一個(ge) 電壓的情況下，分別對8個(ge) 通道進行采樣，很大的縮短了檢測周期。

對於(yu) 外界幹擾，采用數字濾波[8]。利用軟件編程取連續多個(ge) 值，然後取平均。由於(yu) 連續幾個(ge) 采樣點包含的噪聲將正負抵消而接近於(yu) 0。

參考文獻

[1] CHEN Hongyuan, CAI Chenxin, and JU Huangxian. Biomolecular sensor based on a polypyrrole-coated microelectrode array [J].CHINESE SCIENCE BULLETIN.1996,41(17):1441-1445