[发明专利]基于生物舌的柠檬酸浓度检测装置及检测方法

摘要

本发明公开了一种基于生物舌的柠檬酸浓度检测装置及检测方法，所述柠檬酸浓度检测装置与计算机电连接；包括试验台，设于试验台上的检测托板、声表面波谐振器、电子计数器、振荡器和细胞电极芯片；振荡器和声表面波谐振器构成振荡回路，计数器与振荡回路电连接，声表面波谐振器与细胞电极芯片电连接，计数器与计算机电连接。本发明具有操作简单，检测灵敏性好，检测精度高，检测速度快；装置稳定性好，重复性好的特点。

主权项

1.一种基于生物舌的柠檬酸浓度检测装置的检测方法，所述柠檬酸浓度检测装置与计算机电连接；所述柠檬酸浓度检测装置包括试验台，设于试验台上的检测托板、声表面波谐振器(1)、电子计数器(2)、振荡器(3)和细胞电极芯片(4)；振荡器和声表面波谐振器构成振荡回路，计数器与振荡回路电连接，声表面波谐振器与细胞电极芯片电连接，计数器与计算机(5)电连接；所述细胞电极芯片包括ST切型石英制成的基板(6)、设于基板上表面的铂对电极(7)、铂参比电极(8)和工作电极(9)；所述细胞电极芯片平放于检测托板(10)的凹槽内，凹槽底部设有出液口(12)，检测托板通过若干个支撑垫与实验台相连接；所述工作电极包括泡沫铜层和设于泡沫铜层上的溅射金层，溅射金层的各个网孔内均设有小鼠舌面菌状味蕾酸味味觉受体细胞；所述试验台(15)上设有L形支撑臂(16)，支撑臂上设有圆盘(17)，圆盘上设有n个分别盛有不同浓度的柠檬酸溶液的吊瓶(18)；支撑臂中部设有位于圆盘下方的容器(14)，容器内设有分别与进水管、进气管连接的搅拌装置(19)，搅拌装置上设有若干个通孔(20)，容器上设有盖板(36)，容器下部设有出液管(28)，容器下端设有可正对工作电极滴下柠檬酸溶液的微量泵(11)；支撑臂通过可带动圆盘水平旋转的电机(29)与圆盘相连接，各个吊瓶下端、进水管、出液管及进气管上均设有电磁阀(30)，计算机分别与微量泵、电机和各个电磁阀电连接；其特征是，所述细胞电极的制备过程如下：用于溅射金处理的溅射室内依次设有溅射仪、靶盘固定座、电极托板，电极托板通过第一电机的水平转轴与溅射室连接，靶盘固定座通过第二电机的水平转轴与溅射室连接；溅射室上还设有观察窗口；第一电机的水平转轴和第二电机的水平转轴同轴；(1‑1)将纯度≥99.99％，直径为4.5至5.0cm，厚度为0.5至0.7cm的金靶盘安装到靶盘固定座上，将包括ST切型石英制成的基板、设于基板上的对电极、参比电极和泡沫铜材料制成的工作电极的电极芯片安装到电极托板上，使工作电极面向靶盘并露出电极托板之外；(1‑2)利用离子泵对溅射室抽真空，使真空度达到4.2×10‑5Pa以下；向溅射室通入纯度≥99.99％的氩气；(1‑3)使溅射仪的功率由W呈阶梯式逐渐下降，靶盘上的金原子被溅射到工作电极上；在溅射的过程中，第二电机带动靶盘匀速旋转，第一电机带动电极芯片以大于第二电机的转速先同向旋转，再反向旋转，然后再同向旋转；得到溅射金后的电极芯片；(1‑4)将溅射金后的电极芯片进行干燥、浸泡、杀菌处理后，将用小鼠舌面菌状味蕾酸味味觉受体细胞制成的细胞悬液滴到工作电极上，培养2至3小时，得到细胞电极；包括如下步骤：(5‑1)在圆盘的n个吊瓶中依次盛有浓度逐渐升高的柠檬酸溶液，计算机按照浓度升高的顺序为各个吊瓶由1至n依次编号，计算机中存储有1至n吊瓶中的柠檬酸溶液浓度k1，k2，...，kn，吊瓶序号i的初始值为1，i＝1，…，n；(5‑2)将盖板从容器上取下，计算机控制出液管的电磁阀关闭，通过电机控制圆盘转动，使编号为i的吊瓶与容器对准，计算机控制该吊瓶的电磁阀打开，吊瓶内的柠檬酸溶液被倒进容器中；(5‑3)计算机控制与氧气瓶连通的进气管的电磁阀打开，搅拌装置边搅拌边向溶液内通入氧气，3至5分钟后计算机控制进气管的电磁阀关闭；(5‑4)计算机控制微量泵每隔时间T向工作电极滴下0.05ml的柠檬酸溶液，当滴完290至310滴后计算机控制微量泵停止滴液；在滴液的同时，计数器采集振荡回路的频率响应曲线，计算机在频率响应曲线上采集若干个频率值，将各个频率值构成频率信号S(t)；(5‑5)计算机中预设有二阶线性随机共振模型将S(t)输入二阶线性随机共振模型并使二阶线性随机共振模型共振；其中，x(t)是振动质点的位移，A为设定的信号幅度，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{‑a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(‑a)＝q，ps(0)＝1‑2q，其中0＜q＜0.5；噪声均值与相关性遵循<ξ(t)〉＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)〉＝2qa2e‑λτ；其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定；计算机利用公式计算并得到输出信噪比SNR_i；计算机查询编号为i的柠檬酸溶液的浓度k_i，并将k_i和SNR_i存储到计算机中；(5‑6)当i＜n，使i值增加1，计算机控制出液管的电磁阀打开，多余的溶液从容器中流出；将用盖板盖住容器上部的开口，计算机控制出液管的电磁阀关闭，并将进水管的电磁阀打开，向容器内通入蒸馏水3至4分钟对容器进行搅拌清洗；将出液管的电磁阀打开，将蒸馏水放出，转入步骤(5‑2)；当i≥n，转入步骤(5‑7)；(5‑7)计算机读取存储的柠檬酸溶液浓度k₁，k₂，...，k_n；计算机利用点(k₁，SNR₁)，(k₂，SNR₂)，...，(k_n，SNR_n)拟合成直线，根据拟合的直线得出柠檬酸浓度预测模型：(5‑8)将微量泵与盛有待检测柠檬酸溶液W的容器连通，并利用步骤(5‑2)检测得到频率信号S(t)w，将S(t)w输入步骤(5‑5)的二阶线性随机共振模型，使二阶线性随机共振模型共振；并利用公式计算并得到与柠檬酸溶液对应的输出信噪比SNR_w；(5‑9)将SNR_w代入中，计算得到柠檬酸溶液W的浓度k_w。