基于ECIS細胞傳感器和圖像檢測的海洋毒素分析系統(tǒng)設計.pdf

1、近年來，海洋污染日益嚴重，已經嚴重影響我國經濟發(fā)展及人民健康。赤潮等海洋污染現象頻繁發(fā)生，導致海洋污染在海洋動物體內富集，最終成為海洋動物體內毒素。貝類水產品作為人們最喜愛的食物之一，卻是經常引發(fā)食物中毒的兇手。因此，檢測海洋水產品貝類毒素是迫在眉睫的任務。海洋水產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、神經性貝毒和記憶缺損性貝毒等四類。本學位論文以檢測貝類腹瀉性毒素大田軟海綿酸(OA)為目標，結合細胞傳感器技術中

2、的細胞阻抗技術和細胞圖像信息處理技術，研究、設計并實現了基于ECIS的毒素檢測系統(tǒng)和基于光學圖像處理的毒素檢測系統(tǒng)平臺。
　　細胞傳感器是以活細胞為傳感元件并搭配合適二級換能器的生物傳感器。細胞阻抗傳感器作為細胞傳感器的一種，通過檢測細胞阻抗來反映細胞生長在芯片上的貼附性和細胞數量最終分析細胞毒性。本學位論文依據細胞阻抗傳感器檢測原理設計檢測系統(tǒng)，其中包括硬件設計和軟件設計。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平臺進行編寫，主要作為系統(tǒng)主控部分負責系統(tǒng)工作流程控制及后續(xù)數據處理。通過性能檢測，系統(tǒng)阻抗監(jiān)測結果中變異系數均在0.054％之下，換算CI值波動均在0.01之內。經過系統(tǒng)性能測試，采用小鼠神經母細胞瘤細胞進行25ug/L、50ug/L和100ug/L大田軟海綿酸毒素標準液進行檢測，從結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、　　細胞傳感器的二級換能器除了將細胞的生理參數變化轉換為電信號的改變外也能轉換為光信號的改變。心肌細胞的電生理構造及其興奮-收縮偶聯機制，將心肌細胞生理狀態(tài)的變化反映在其機械搏動變化上。依據此原理，本學位論文研究并開發(fā)出目標在于將心肌細胞機械搏動圖像轉換為搏動曲線的核心算法。對搏動曲線進行分析將得出心肌細胞生理狀態(tài)的變化。本學位論文搭建基于光學圖像處理的毒素檢測系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)平臺包括光學顯微鏡、CCD和PC機。通過PC端軟件系統(tǒng)對系統(tǒng)平

5、臺進行控制。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。經過性能測試，采用新生乳鼠心肌細胞進行1μM、4μM和16μM濃度的心臟毒素阿霉素溶液毒性分析，心肌細胞搏動速率與對照組細胞相比分別降為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標準溶液進行實驗，心肌細胞搏動速率與對照組細胞相比分別降為62.41