【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于神經化學檢測，涉及一種植入式γ-氨基丁酸檢測系統及動態實時校準方法。
技術介紹
1、γ-氨基丁酸(gaba)是中樞神經系統中主要的抑制性神經遞質，具有調節大腦皮層信息傳遞過程的作用，從而對學習記憶、注意等神經活動產生影響。對動物體內神經遞質γ-氨基丁酸進行在體、實時、連續分析有可能為學習和記憶相關的神經科學研究提供重要信息，可以為一些神經系統疾病提供新的監測和控制手段。近些年來，集成電路工業中的微加工技術被用來制備記錄神經化學信息的微電極陣列。有的微電極陣列可以采用快速伏安法檢測垂直距離相隔幾百微米的多位點的神經遞質濃度。植入式微電極陣列器件在生物體內長期工作時，其靈敏度等指標會因為蛋白、細胞和組織的包覆而逐漸發生變化，如不對其測量值進行校準則不能反映生物體內γ-氨基丁酸濃度的真實情況。因此目前在檢測γ-氨基丁酸時存在以下幾個問題：
2、靈敏度與長期穩定性不足：植入式微電極陣列器件在生物體內長期工作時，其表面容易被蛋白、細胞和組織包覆，導致電極的靈敏度顯著下降，測量信號失真。這種變化不僅影響了γ-氨基丁酸濃度的準確檢測，還限制了傳感器的長期穩定性，使其難以持續提供可靠的數據。
3、識別元件的環境敏感性：傳統方法依賴于抗體或酶等生物活性分子作為識別元件來檢測γ-氨基丁酸。然而，這些生物活性分子對溫度和ph值等環境因素極為敏感，容易在復雜多變的生物體內環境中失活，從而影響傳感器的性能和可靠性。此外，生物活性分子的制備和保存成本較高，也限制了其廣泛應用。
4、電化學阻抗譜數據的有效利用
5、缺乏實時動態校準機制：在植入式微電極陣列器件長期在體檢測過程中，由于生物環境的變化(如炎癥、組織修復等)，電極的測量性能會發生變化，導致測量誤差增大。現有技術中缺乏一種有效的實時動態校準機制來及時糾正這些誤差，從而影響了測量結果的準確性和可靠性。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種能夠在體實時檢測動物體內γ-氨基丁酸濃度的測量系統和對γ-氨基丁酸濃度測量值進行實時動態校準的方法。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一方面，本專利技術提供一種植入式γ-氨基丁酸檢測系統，包括植入式微電極陣列器件、信號檢測電路模塊、第一無線數據收發模塊、第二無線數據收發模塊、檢測終端；
4、所述植入式微電極陣列器件包括工作電極、校準電極和參考電極；所述工作電極用于檢測目標分子與電極結合前后的電化學阻抗參數；所述校準電極用于檢測非目標分子導致的背景電化學阻抗參數變化情況；所述參考電極是在工作電極或者校準電極上施加激勵電壓信號的時候提供參考基準點；
5、所述信號檢測電路模塊的輸入端與所述工作電極、校準電極和參考電極連接，所述信號檢測電路模塊用于同時產生兩路激勵電信號，其中一路激勵電信號施加在工作電極和參考電極上，另一路激勵電信號施加在校準電極和參考電極上；所述信號檢測電路模塊還用于實時測量工作電極和參考電極之間，以及校準電極和參考電極之間的電化學阻抗譜；
6、所述信號檢測電路模塊的輸出端與第一無線數據收發模塊連接；所述第一無線數據收發模塊與第二無線數據收發模塊進行無線連接；所述第二無線數據收發模塊與檢測終端連接；
7、所述檢測終端用于：(1)對信號檢測電路模塊的激勵電信號頻率掃描范圍和幅值進行調節；(2)接收信號檢測電路模塊傳輸的電化學阻抗譜，采用改進的randles電路模型對γ-氨基丁酸濃度進行估計，然后利用人工神經網絡模型對測量誤差進行估計，最后對測量誤差進行校準，得到γ-氨基丁酸濃度檢測值；(3)將γ-氨基丁酸濃度檢測值進行顯示。
8、進一步，所述植入式微電極陣列器件還包括基底、工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳；所述工作電極、校準電極、參考電極以及工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳均設置在基底上；所述工作電極與工作電極引腳通過引線連接，所述校準電極與校準電極引腳通過引線連接，所述參考電極與參考電極引腳通過引線連接；所述工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳通過導線與信號檢測電路模塊的輸入端連接。
9、進一步，所述工作電極表面采用γ-氨基丁酸的分子印跡膜進行修飾，所述校準電極則不被γ-氨基丁酸的分子印跡膜修飾。
10、進一步，所述植入式微電極陣列器件的制備流程如下：
11、a1：首先在絕緣體硅片表面旋涂一層光刻膠，用光刻的方法形成工作電極、校準電極和參考電極、引線、工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳的圖案；
12、a2：利用紫外光曝光，使光刻膠上沒有電極、引線或者引腳的部位被固化；
13、a3：利用顯影劑進行處理，使沒有被固化的光刻膠被溶解掉，露出需要沉積導電金屬的位置；
14、a4：以電子束蒸發沉積法在硅片上沉積一層鉻，在鉻層上沉積一層金屬鉑；用丙酮去除硅片上的光刻膠；
15、a5：在硅基底上制成pt電極后，利用二次光刻手段將微電極和引腳部位用光刻膠覆蓋，用低壓化學氣相沉積法lpcvd在pt上沉積一層氮化硅si3n4，作為絕緣層；
16、a6：利用第三次光刻顯影,通過深刻蝕形成微電極陣列基底外形；
17、a7：通過濕法腐蝕去除底層硅，使微電極陣列器件以外的二氧化硅薄層脫落，形成微電極陣列原型；
18、在參考電極表面形成ag/agcl薄膜，步驟如下：
19、b1：將植入式微電極陣列器件用去離子水清洗，然后在鹽酸溶液中超聲清洗，再用去離子水清洗，最后在烘箱中烘干備用；
20、b2：配置鍍銀過程使用的電解質溶液；
21、b3：對植入式微電極陣列器件上的參考電極鍍銀：采用三電極體系，將電化學工作站的夾頭分別與植入式微電極陣列器件上的參考電極、鉑絲電極、ag/agcl電極相接；將植入式微電極陣列器件上帶有微電極的一端浸沒在配置好的電解液溶液中；使用計時電位法進行電沉積；在參考電極表面沉積銀顆粒后，用移液槍向參考電極表面滴加fecl3溶液，使參考電極表面生成ag/agcl薄膜；
22、在工作電極和校準電極表面形成納米金顆粒，步驟如下：
23、c1：將微電極陣列器件帶有微電極的一端置于haucl4溶液中；
24、c2：將電化學工作站的其中一個夾頭同時和工作電極、校準電極相接，第二個夾頭和鉑絲電極相接，第三個夾頭和ag/agcl電極相接；
25、c3：設置電勢和持續時間；
26、c4：用超純水清洗微電極陣列器件；
27、在工作電極表面采用γ-氨基丁酸的分子印跡膜進行修飾，步驟如下：
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：包括植入式微電極陣列器件、信號檢測電路模塊、第一無線數據收發模塊、第二無線數據收發模塊、檢測終端；
2.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述植入式微電極陣列器件還包括基底、工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳；所述工作電極、校準電極、參考電極以及工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳均設置在基底上；所述工作電極與工作電極引腳通過引線連接，所述校準電極與校準電極引腳通過引線連接，所述參考電極與參考電極引腳通過引線連接；所述工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳通過導線與信號檢測電路模塊的輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述工作電極表面采用γ-氨基丁酸的分子印跡膜進行修飾，所述校準電極則不被γ-氨基丁酸的分子印跡膜修飾。
4.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述植入式微電極陣列器件的制備流程如下：
5.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述工作電極、校準電
6.一種植入式γ-氨基丁酸動態實時校準方法，其特征在于：包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的植入式γ-氨基丁酸動態實時校準方法，其特征在于：所述改進的Randles電路模型包括電解質溶液的電阻Rs、與電極和溶液間的界面電容相關的恒相角原件ZCPE、代表電荷傳遞電阻的Rct以及代表Warburg擴散阻抗的ZW，Rct與ZW串聯后組成電路組件1，電路組件1與ZCPE并聯構成電路組件2，電路組件2再與Rs串聯構成整個電路模型；ZCPE隨頻率變化的情況用以下等式代表：
8.根據權利要求7所述的植入式γ-氨基丁酸動態實時校準方法，其特征在于：所述采用改進的Randles電路模型對電化學阻抗數據進行擬合得到電路元件參數，從而計算γ-氨基丁酸濃度的估計值，具體包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的植入式γ-氨基丁酸動態實時校準方法，其特征在于：γ-氨基丁酸濃度的測量誤差估計步驟如下：
10.根據權利要求9所述的植入式γ-氨基丁酸動態實時校準方法，其特征在于：所述對測量誤差進行校準，得到γ-氨基丁酸濃度檢測值，具體包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：包括植入式微電極陣列器件、信號檢測電路模塊、第一無線數據收發模塊、第二無線數據收發模塊、檢測終端；
2.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述植入式微電極陣列器件還包括基底、工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳；所述工作電極、校準電極、參考電極以及工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳均設置在基底上；所述工作電極與工作電極引腳通過引線連接，所述校準電極與校準電極引腳通過引線連接，所述參考電極與參考電極引腳通過引線連接；所述工作電極引腳、校準電極引腳和參考電極引腳通過導線與信號檢測電路模塊的輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述工作電極表面采用γ-氨基丁酸的分子印跡膜進行修飾，所述校準電極則不被γ-氨基丁酸的分子印跡膜修飾。
4.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述植入式微電極陣列器件的制備流程如下：
5.根據權利要求1所述的植入式γ-氨基丁酸檢測系統，其特征在于：所述工作電極、校準電極和參考電極的尺寸與單個細胞的尺寸相當；植入式微電極陣列器件基底的前端寬為100μ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田健，賀中華，冉鵬，王岫鑫，趙德春，謝瑤，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。