引言

惡性腫瘤嚴重危害著人類的健康，但是對于早期惡性腫瘤的患者由于沒有明顯的癥狀，所以檢測相對而言比較麻煩，人們也逐漸認識到了檢測的重要性。下面對一款惡性腫瘤早期測試儀做下簡單的介紹。

惡性腫瘤電化學篩查與早期診斷儀由八通道免疫測定芯片，多通道恒電位電路和自動化系統(tǒng)和數據處理與顯示系統(tǒng)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多通道恒電位儀相連接，數據處理與顯示系統(tǒng)通過接口也與多通道恒電位儀相連接。測定樣品時，將各通道得到的I-V數據做成8個峰圖，然后對每個峰圖設置閾值，當測得的峰信號高于閾值15%為陽性，低于閾值15%為陰性，在之間為可疑，需進行進一步檢查。下面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

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

下面取一個工作電極和輔助電極，參比電極[2]進行介紹，如圖3所示。電流在工作電極與輔助電極之間流動。工作電極為研究的具體對象，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，參比電極是一個已知電勢的電極，用來作為參考,使工作電極有個電位基準。由于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。為了去掉它的影響 ，要求參比電極與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，等于開路電勢。在具體使用中，當參比電極距離工作電極很近時，由于流過的電流很小，可以忽略電壓降的影響。

1.2、 恒電位儀

用三電極體系研究溶液特性時，要求工作電極短時間相對于參比電極保持在設定的電位上，不會由于化學反應進行時發(fā)生變化，因此使用恒電位儀來控制三電極系統(tǒng)，如圖4所示，控制對電極和參比電極：

由運放U1構成的電壓跟隨器將由上位機寫入的掃描電壓經DA控制輸入與負載隔離開來，并將接受到的掃描電壓加到U2上，參比電極的電流流過一個電阻后由電壓跟隨器U3將其電壓加在U2上， U2作為一個差分式積分電路將兩個電壓去掉噪聲[5]后加在對電極上。

圖5所示，為工作電極的工作電路，由U1將工作電極上的電流轉化為電壓信號，U2、U3、U4、U5構成一個儀表放大器[6]，將輸入電壓放大10倍，然后經過A/D輸出給上位機。

對于由上位機加到恒電位儀上的掃描電壓由我們的具體實驗相關，下面對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，用于定量測量，如圖7為加在電極上的電壓。

實驗初期，基電勢遠正于樣本的標準電勢E0，脈沖時電勢變化很小，沒有法拉第電流，所以i（t）-i(t’)近似為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(xù)降低，當物質被完全還原后，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，因為在實驗時存在一定的背景電流，所以通過差分計算，在一個周期的最高點和最低點分別采樣，然后將得到的電流相減，這樣可以去掉背景電流。最后在做伏安曲線時以最低點的電壓作為標準，當振幅不是太大的情況下，可以將誤差控制在一定的范圍內。

2 數據處理和分析

DPV測量

按照如表1的參數設定將一個掃描電壓經數模轉換加到電極上。

由圖6可知，重復使用同一芯片會造成電流的峰值減小，主要原因在于對芯片進行沖洗時會導致電極上的抗原數目減少，故該芯片不能重復使用。但是能看到明顯的峰值，并能得到相應的含量。

起始電壓(mV) 掃描臺階(mV) 結束電壓(mV) 掃描周期(mS) 脈沖臺階(mV) 脈沖寬度(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，然后根據峰值對應的電壓可以得到抗原的數目從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加一個電壓的情況下，分別對8個通道進行采樣，很大的縮短了檢測周期。

對于外界干擾，采用數字濾波[8]。利用軟件編程取連續(xù)多個值，然后取平均。由于連續(xù)幾個采樣點包含的噪聲將正負抵消而接近于0。

參考文獻

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[5] 馮業(yè)銘,楊連喜,常旭晉.電化學噪聲檢測儀的研制 [J].化學傳感器,1995,15(3):233-236

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