基于ECIS細(xì)胞傳感器和圖像檢測的海洋毒素分析系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、近年來，海洋污染日益嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民健康。赤潮等海洋污染現(xiàn)象頻繁發(fā)生，導(dǎo)致海洋污染在海洋動物體內(nèi)富集，最終成為海洋動物體內(nèi)毒素。貝類水產(chǎn)品作為人們最喜愛的食物之一，卻是經(jīng)常引發(fā)食物中毒的兇手。因此，檢測海洋水產(chǎn)品貝類毒素是迫在眉睫的任務(wù)。海洋水產(chǎn)品貝類毒素一般分為四類:貝類毒素主要有腹瀉性貝毒、麻痹性貝毒、神經(jīng)性貝毒和記憶缺損性貝毒等四類。本學(xué)位論文以檢測貝類腹瀉性毒素大田軟海綿酸(OA)為目標(biāo)，結(jié)合細(xì)胞傳感器技術(shù)中

2、的細(xì)胞阻抗技術(shù)和細(xì)胞圖像信息處理技術(shù)，研究、設(shè)計并實現(xiàn)了基于ECIS的毒素檢測系統(tǒng)和基于光學(xué)圖像處理的毒素檢測系統(tǒng)平臺。
　　細(xì)胞傳感器是以活細(xì)胞為傳感元件并搭配合適二級換能器的生物傳感器。細(xì)胞阻抗傳感器作為細(xì)胞傳感器的一種，通過檢測細(xì)胞阻抗來反映細(xì)胞生長在芯片上的貼附性和細(xì)胞數(shù)量最終分析細(xì)胞毒性。本學(xué)位論文依據(jù)細(xì)胞阻抗傳感器檢測原理設(shè)計檢測系統(tǒng)，其中包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。系統(tǒng)下位機采用AD5933阻抗變換解決方案芯片，搭配MS

3、P430FG4619作為MCU，通過RS232串口與上位機通訊。上位機軟件采用QT平臺進(jìn)行編寫，主要作為系統(tǒng)主控部分負(fù)責(zé)系統(tǒng)工作流程控制及后續(xù)數(shù)據(jù)處理。通過性能檢測，系統(tǒng)阻抗監(jiān)測結(jié)果中變異系數(shù)均在0.054％之下，換算CI值波動均在0.01之內(nèi)。經(jīng)過系統(tǒng)性能測試，采用小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞進(jìn)行25ug/L、50ug/L和100ug/L大田軟海綿酸毒素標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行檢測，從結(jié)果可以看出具有明顯的區(qū)分性，證明系統(tǒng)檢測大田軟海綿酸的可行性。

4、　　細(xì)胞傳感器的二級換能器除了將細(xì)胞的生理參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電信號的改變外也能轉(zhuǎn)換為光信號的改變。心肌細(xì)胞的電生理構(gòu)造及其興奮-收縮偶聯(lián)機制，將心肌細(xì)胞生理狀態(tài)的變化反映在其機械搏動變化上。依據(jù)此原理，本學(xué)位論文研究并開發(fā)出目標(biāo)在于將心肌細(xì)胞機械搏動圖像轉(zhuǎn)換為搏動曲線的核心算法。對搏動曲線進(jìn)行分析將得出心肌細(xì)胞生理狀態(tài)的變化。本學(xué)位論文搭建基于光學(xué)圖像處理的毒素檢測系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)平臺包括光學(xué)顯微鏡、CCD和PC機。通過PC端軟件系統(tǒng)對系統(tǒng)平

5、臺進(jìn)行控制。通過系統(tǒng)性能測試，對于靜態(tài)圖像，系統(tǒng)測試搏動差異值理論值為0，實測平均值為3.0272，均方差為0.4529。經(jīng)過性能測試，采用新生乳鼠心肌細(xì)胞進(jìn)行1μM、4μM和16μM濃度的心臟毒素阿霉素溶液毒性分析，心肌細(xì)胞搏動速率與對照組細(xì)胞相比分別降為57.35％、51.15％和35.29％。最后采用系統(tǒng)對10ng/ml、40ng/ml和160ng/ml濃度的OA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行實驗，心肌細(xì)胞搏動速率與對照組細(xì)胞相比分別降為62.41