基于智能手机图像的移动反应界面电泳距离检测和分析.pdf
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1、 年 月 研究论文:收稿日期:通讯联系人:(张强);:(曹成喜)基金项目:国家自然科学基金项目(,):(,)基于智能手机图像的移动反应界面电泳距离检测和分析宋欣樵,郭泽华,刘伟文,查根晗,樊柳荫,曹成喜,张 强(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海;上海交通大学学生创新中心,上海)摘要:现有的电泳滴定(,)技术仍采用计算机进行数据处理和分析,其定量检测的即时性和便携性仍存在明显不足。针对这一问题,本文发展了一种基于智能手机的 系统,实现了 的即时性定量分析。该系统集成了三通道电泳滴定芯片与蓝牙通信功能,并设计了手机软件。通过该软件,不仅可以控制 装置的电泳运行,还可以调用手机摄像头获取有色
2、电泳界面,即时识别反应界面并显示定量检测结果。装置尺寸为 ,重 ,可轻松手持,适用于现场检测。本文以人源血清总蛋白和尿酸()为研究目标,分别使用基于聚丙烯酰胺凝胶的蛋白电泳酸碱滴定与基于琼脂糖凝胶的尿酸酶催化电泳滴定进行检测分析。用人血清白蛋白()标准品与尿酸标准品验证装置的性能,结果表明:和 的拟合优度(决定系数)分别为 和 ,线性(或对数线性)范围分别为 和 ,检出限分别为 和 ,相对标准偏差最大值分别为 和 ,表明该系统具有较好的检测准确性和稳定性。选取了 位志愿者的血清样本,针对人源实际血样中的血清总蛋白含量和尿酸含量进行检测,并与医院临床检测所使用方法的检测结果进行对比,检测相对误差
3、分别 和 ,证明本文提出的检测系统是一种具有综合性检测潜力的通用平台,具有临床应用价值与现场检测潜力。关键词:电泳滴定;血清标志物;手机检测;即时检测中图分类号:文献标识码:,(,;,):()(),(),;,第 期宋欣樵,等:基于智能手机图像的移动反应界面电泳距离检测和分析 ,()(),(),(),(),(),;,引用本文:宋欣樵,郭泽华,刘伟文,查根晗,樊柳荫,曹成喜,张强 基于智能手机图像的移动反应界面电泳距离检测和分析 色谱,():,():;基于移动反应界面(,),的电泳滴定(,),可以实现将检测物质的浓度信号转化为距离信号,以检测不同的生化标志物,如有机小分子、核酸、蛋白质等。经典的
4、技术利用酸碱指示剂或有色化合物将电泳过程中的反应界面以有色界面的形式呈现,实现对低浓度目标物含量的可视检测,但其依赖于稳定的高压电源及大色谱第 卷型且昂贵的检测设备,难以应用于现场即时检测(,)。为了解决上述问题,需要进一步推进 装置的小型化与便携化。等开发了基于 芯片的电泳滴定方法,首次将可视化的电泳滴定应用于蛋白检测。等实现了三聚氰胺的 检测方法,用于检测乳制品中掺杂的三聚氰胺。等提出了基于 芯片的尿酸(,)检测方法,通过尿酸酶催化反应实现了 的可视化检测。等基于先前的工作提出了双内标电泳滴定(,)检测模型,可以实现乳品总蛋白含量的现场定性检测。这些方法实现了 检测的小型化,可以快速实现定
5、性分析,但是后续定量分析仍需光学检测设备以及计算机软件,难以实现即时、精确的定量检测。针对上述问题,本工作开发了一种基于智能手机的移动反应界面电泳距离传感检测系统,实现了 方法的便携式即时定量分析。该系统由 装置和智能手机组成,两者通过蓝牙通信,并在手机端设计了相应的安卓软件。此软件可以控制 装置的电泳运行,期间通过手机摄像头获取电泳结果,最终经程序分析给出定量结果。本文以血清总蛋白和尿酸为研究目标验证该系统的性能,对人源血清白蛋白(,)标准品和尿酸标准品进行了检测分析,并对从医院获得的真实血清样本的总蛋白含量和尿酸含量进行了检测,验证了所开发装置的有效性和准确性,证明本文提出的检测系统是一种
6、具有综合性检测潜力的通用平台,在临床分析和现场检测中有着潜在的应用价值。实验部分 仪器与试剂 高速离心机(贝克曼 ,美国)用于从全血中分离血清样本。电子天平(梅特勒托利多,精度为 ,瑞士)用于样品称量。超纯水系统(公司,德国)用于生产去离子水。智能手机(华为,中国)用于控制检测过程及分析检测结果。氯化钾和氢氧化钠购自凌峰化学试剂有限公司;丙烯酰胺()、尿酸氧化酶()和辣根过氧化物酶(,)购自上海麦克林生化科技有限公司;双丙烯酰胺()购自国药化学试剂有限公司;酚酞()和过硫酸铵(,)购自上海化学试剂有限公司;四甲基乙二胺(,)购自生工生物工程有限公司;隐色孔雀石绿(,)购自上海西格玛奥德里奇贸易
7、有限公司;琼脂糖(,)购自上海贝晶生物技术有限公司。所有化学试剂均为分析纯。实际血样取自上海市第六人民医院(临港院区),本研究已通过上海交通大学附属胸科医院临床研究伦理委员会审批,批准号:。溶液制备与实验操作 血液样本前处理 使用乙二胺四乙酸()抗凝管采集静脉血 ,将血液在离心机中以 的速度离心 后,提取上层清液,然后将上清液加入超滤浓缩离心管以 的速度离心 ,样本体积浓缩到原体积 左右,吸取并弃去滤液,向超滤管中加入与滤液等体积的超纯水,保存在 冰箱中备用。总蛋白检测聚丙烯酰胺凝胶(,)母液:的丙烯酰胺和 双丙烯酰胺溶于水,定容至 ;阳极液:;阴极液:;母液:的 溶液,储存在 的冰箱备用。固
8、定液制备:母液与不同浓度的 溶液(将 母液稀释成、的 溶液)混合,加入 和酚酞,使得溶液内 浓度为 ,酚酞质量分数为 ,依次加入 和 促凝。将固定液填充到 芯片的 条通道中形成凝胶。凝胶固化后分别加入阳极液和阴极液,根据预先设置的电泳时间进行电泳,过程中随时通过软件调用手机摄像头获取有色电泳界面并经程序计算得出检测值。尿酸检测琼脂糖凝胶母液:将 的琼脂糖、的 的 和 的 的乙酸钠混合,加水定容至 ;阳极液:含有 不 同 浓 度(、和 )、尿 酸 酶、和 的水溶液;阴极液:含有 和 乙酸钠的水溶液。将琼脂糖加热溶解后注入 芯片 条通道中形成凝胶,凝胶固化后分别加入阳极液和阴极液,根据预 第 期宋
9、欣樵,等:基于智能手机图像的移动反应界面电泳距离检测和分析先设置的电泳时间进行电泳,过程中随时通过软件调用手机摄像头获取有色电泳界面并经程序计算得出检测值。临床样本测定方法 医院所使用的人源血清白蛋白和尿酸检测方法为双缩脲法和酶偶联法,具体方法见参考文献,。图 检测系统示意图 ();,(),(),(,),(),()基于智能手机的 检测系统 图 为便携式 装置模型示意图,装置尺寸为 ,重 ,可轻松手持,适用于现场检测。智能手机及开发的软件界面如图 所示,基于智能手机 装置的结构图如图 所示。用户通过手机软件发送控制信息,装置中的蓝牙模块接收后控制电源模块中的升压模块为 芯片提供 电压,以控制电泳
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