阅读说明：本技术 一种生物试样分析方法 (biological sample analysis method ) 是由 庞莹莹 赵东旭 于 2019-11-23 设计创作，主要内容包括：一种生物试样分析方法,用于核酸、氨基酸、蛋白质、花粉、病毒、细胞、有机粒子或无机粒子等的检测,根据试样流路上的生物分子通过平行电极时导致平行电极之间的隧道电流变化来判断分析信号；其中,使试样通过试样流路上的第一电极对以及第二电极对,检测第一电极对的第一电流变化量以及第二电极对的第二电流变化量；根据第一电流变化量和/或第二电流变化量,确定生物试样的体积以及电荷量。本发明的生物试样分析方法能够提高检测的灵敏度,更加精确地确定生物试样的参数。(A method for analyzing biological sample, which is used to detect nucleic acid, amino acid, protein, pollen, virus, cell, organic particle or inorganic particle, and judge the analysis signal according to the change of tunnel current between parallel electrodes when the biological molecule passes through the parallel electrodes, wherein, the electrode pair and the second electrode pair are passed through the sample, the current change of the electrode pair and the second current change of the second electrode pair are detected, and the volume and charge quantity of the biological sample are determined according to the current change and/or the second current change.)

一种生物试样分析方法

技术领域

本发明涉及用于测量测试电化学变量的分析方法，尤其是涉及通过测量电化学变量分析生物试样的生物试样分析方法。

背景技术

电化学分析法是利用电化学的基本原理和实验技术，依据电解池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法，通常是使待分析的试样溶液构成电解池，然后根据所组成电池的某些测量电学参数(例如电流，电位差，电阻等)与被测物质的物理或化学性质之间的联系,将待测试样的浓度转化为一种电学参数来进行测定。

纳米孔电化学传感器通过纳米孔内侧壁制作两个平行电极，生物分子通过平行电极时，导致平行电极之间的隧道电流变化，其反应的是通过平行电极之间的生物分子的性能，能够根据该电流变化来判断分析信号。目前，这样的技术已经被应用到不同的领域当中，例如金属离子、核酸DNA分子、蛋白质、小分子等。在现有技术中，随着电极之间距离的增大，检测电流减小，因此导致无法实现高灵敏度的测量。为了解决上述问题，CN104583767B的发明专利中提出了一种改进的技术，其通过在电极对之间设置在电极对上发生氧化还原反应的电化学活性分子的溶液，提高电极对之间的基线电流，从而能够放大试样通过电极对时的信号，提高检测的灵敏度。

然而，试样通过电极对之间所产生的变化包括试样体积导致的电流变化以及试样电荷导致的电流变化，对于中性试样，其可以通过标准体积的试样确定试样体积与电流变化的曲线或者表格，根据电极对之间的电流变化即可确定试样体积；而对于体积和电荷都未知的带电试样，现有技术中无法确定其电流变化中的体积导致的电流变化以及试样电荷导致的电流变化，CN104583767B中在计算带电试样的体积和电荷时，仅能够将带电试样的总电流变化值作为体积导致的电流变化值确定带电试样的体积，同时将带电试样的总电流变化值作为试样电荷导致的电流变化值确定带电试样的电荷，这样的计算会导致计算的不准确。

发明内容

本发明作为CN104583767B的改进，提出一种生物试样分析方法，其对于未知体积和电荷的带电试样，能够确定其通过平行电极时电荷导致的隧道电流变化量以及体积导致的隧道电流变化量，从而更加精确地确定生物试样的参数。

作为本发明的一个方面，提供一种生物试样分析方法，包括如下步骤：（1）设置沿着试样流路上的第一电极对以及第二电极对；所述第一电极对之间的电流方向与试样流动方向垂直；所述第二电极对之间的电流方向与试样流动方向垂直；（2）配置第一电极对之间含有第一电化学活性分子的第一溶液；第二电极对之间含有与第一电化学活性分子电性不同的第二电化学活性分子的第二溶液；（3）使用标准样本通过第一电极对之间，以及第二电极对之间，获取标准样本导致的电流变化量与标准样本的电量和/或体积的相关关系；所述标准样本包括不同标准体积的中性样本M；与第一电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及不同标准电荷量的样本N；与第二电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及标准电荷量的样本P；（4）使试样沿着试样流路通过第一电极对以及第二电极对，检测第一电极对的第一电流变化量以及第二电极对的第二电流变化量；（5）根据第一电流变化量和/或第二电流变化量，确定生物试样的体积以及电荷量。

进一步的，所述第一电化学活性分子为能够在所述第一电极对上发生氧化还原反应的电化学活性分子；所述第二电化学活性分子为能够在第二电极对上发生氧化还原反应的电化学活性分子。

进一步的，所述生物试样分析方法，用于细胞、病毒、蛋白质等生物学试样进行分析。

进一步的，所述步骤（1）中，所述第一电极对以及所述第二电极对沿着同一试样流路设置。

进一步的，所述步骤（2）中所述第一溶液中第一电化学活性分子的浓度与所述第二溶液中第二电化学活性分子的浓度相同。

进一步的，所述步骤（2）中设置所述第一电极对之间的电压以及所述第二电极对之间的电压，使所述第一电极对之间没有试样通过时的基准电流与所述第二电极对之间没有试样通过时的基准电流相等。

进一步的，所述步骤（1）中，所述第一电极对的长度与所述第二电极对的长度相等，所述第一电极对之间的距离与所述第二电极对之间的距离相等。

进一步的，所述步骤（3）中相关关系包括：标准中性试样通过第一溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系；标准中性试样通过第二溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系；与第一电化学活性分子电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第一溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系；与第二电化学活性分子电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第二溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系。

进一步的，所述步骤（2）中，与第一溶液电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第一溶液的电流变化量与电荷量的相关关系为相关关系表；与第二溶液电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第二溶液的电流变化量与电荷量的相关关系为相关关系表。

可选的，所述步骤（4）中，所述第一电流变化量以及第二电流变化量为同一试样分别通过第一电极对之间以及第二电极对之间产生。

可选的，所述步骤（4）中，所述第一电流变化量为特定时间内通过第一电极对之间的多个试样产生的电流变化值的均值，所述第二电流变化量为对应于所述多个试样通过第二电极对之间的产生电流变化值的均值。

进一步的，所述步骤（5）中，根据步骤（2）中获得的相关关系以及所述试样通过第一电极对时第一电极对的第一电流变化量以及通过第二电极对时第二电极对的第二电流变化量，确定试样的体积以及电荷量。

进一步的，所述步骤（5）中：（A）判断试样是否带有电荷，如果试样不带电荷，进入步骤（B），如果试样带有电荷进行步骤（C）；（B）通过第一电流变化量以及标准中性试样通过第一溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系，或者标准中性试样通过第二溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系计算试样的体积V；结束分析；（C）计算X=（A-B）/2，Y=（A+B）/2，其中X表示试样电荷在与其电性相同溶液中导致的电流变化量，-X表示试样电荷在与其电性不同溶液中导致的电流变化量；Y表示试样体积导致的电流变化量，A为第一电流变化量和第二电流变化量中绝对值大的电流变化量，B为第一电流变化量和第二电流变化量中绝对值小的电流变化量；（D）基于Y值以及通过A值对应的溶液的标准中性试样的电流变化值与标准中心试样体积的相关关系计算试样体积V；（E）基于试样体积V，X值以及不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过A值对应的溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系计算试样电荷Q。

进一步的，所述步骤（A）中，计算所述第一电流变化量与所述第二电流变化量的差值的绝对值，如果其小于阈值，则判断试样不带有试样，如果其大于阈值，则判断试样带有电荷。

可选的，所述步骤（E）中，从A值对应的溶液的相关关系表中，选择与V值最接近的一列，通过插值的方式确定X值在该列对应的Q值，为该试样电荷的Q值。

可选的，所述步骤（E）中，从A值对应的溶液的相关关系表中，选择与V值最接近的V1值列和V2值列，通过拟合确定X值在V1值列中的对应值Q1，在V2值列中的对应值Q2；根据（Q-Q1）/(V-V1)=(Q2-Q1)/(V2-V1)，计算出试样电荷Q值。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。

本发明实施例生物试样分析方法，用于对生物样本进行检测，其检测对象可以是现有技术的试样，包括核酸(DNA或RNA)、氨基酸、蛋白质、花粉、病毒、细胞、有机粒子或无机粒子等。生物试样分析方法包括如下步骤：（1）设置沿着试样流路上的第一电极对以及第二电极对；所述第一电极对之间的电流方向与试样流动方向垂直；所述第二电极对之间的电流方向与试样流动方向垂直；（2）配置第一电极对之间含有第一电化学活性分子的第一溶液；第二电极对之间含有与第一电化学活性分子电性不同的第二电化学活性分子的第二溶液；（3）使用标准样本通过第一电极对之间，以及第二电极对之间，获取标准样本导致的电流变化量与标准样本的电量或者体积的相关关系；所述标准样本包括不同标准体积的中性样本M；与第一电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及不同标准电荷量的样本N；与第二电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及标准电荷量的样本P；（4）使试样沿着试样流路通过第一电极对以及第二电极对，检测第一电极对的第一电流变化量以及第二电极对的第二电流变化量；（5）根据第一电流变化量和/或第二电流变化量，确定生物试样的体积以及电荷量。

步骤（1）中，试样流路，用于引导试样通过试样流路上设置的第一电极对以及第二电极对，可以通过压力、表面张力或者扩散引导试样在流路中流动。第一电极对以及所述第二电极对沿着同一试样流路设置，第一电极对的长度与第二电极对的长度相等，第一电极对之间的距离与第二电极对之间的距离相等。第一电极对的电流方向与试样流动方向垂直；第二电极对的电流方向与试样流动方向垂直。

步骤（2）中，第一电极对之间的移动路径内配置含有第一电化学活性分子的第一溶液；第二电极对之间的移动路径上配置含有第二电化学活性分子的第二溶液；第一电化学活性分子以及第二电化学活性分子为具有不同种类电荷的电化学活性粒子。例如，第一电化学活性分子为能够在第一电极对上发生氧化还原反应的具有正电荷的电化学活性分子；第二电化学活性分子为能够在第二电极对上发生氧化还原反应的具有负电荷的电化学活性分子。第一溶液中第一电化学活性分子的浓度与第二溶液中第二电化学活性分子的浓度相同。设置第一电极对之间的电压为第一电压，第二电极对之间的电压为第二电压，其中，第一电压以及第二电压使第一电极对之间没有试样通过时的基准电流与第二电极对之间没有试样通过时的基准电流相等。

步骤（3）中，标准样本包括不同标准体积的中性样本M；与第一电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及不同标准电荷量的样本N；与第二电化学活性分子电性相同，具有不同标准体积以及标准电荷量的样本P。其中的相关关系包括：标准中性试样通过第一溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系，标准中性试样通过第二溶液时的电流变化量与标准中性试样体积的相关关系；与第一电化学活性分子电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第一溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系；与第二电化学活性分子电性相同的试样，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过第二溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系。其中相关关系可以用表格表示，也可以使用拟合的曲线表示。

步骤（4）中，使试样沿着试样流路通过第一电极对以及第二电极对，检测第一电极对的第一电流变化量以及第二电极对的第二电流变化量；其中，试样为同一属性试样。第一电流变化量以及第二电流变化量可以是同一试样分别通过第一电极对之间以及第二电极对之间产生的，也可以是多个试样通过第一电极对之间产生的电流变化值的均值以及多个试样通过第二电极对之间产生的电流变化值的均值。在使用后者时，选择特定时间段内第一电极对之间的电流变化值的均值作为第一电流变化值，根据试样在试样流路中的流动速度，确定该特定时间段对应的试样通过第二电极对的时间，将该时间内第二电极对之间的电流变化值的均值作为第二电流变化值。

步骤（5）中，根据第一电流变化量和/或第二电流变化量，确定生物试样的体积以及电荷量。具体的，根据如下步骤确定试样的体积V以及电荷Q；

（A）计算所述第一电流变化量与所述第二电流变化量的差值的绝对值，如果其小于阈值，表示则判断试样不带有电荷，进入步骤（B）；如果其大于阈值，则判断试样带有电荷，进行步骤（3）；该阈值可以根据电流传感器的精度确定；

（B）通过第一电流变化量以及步骤（C）中得出的通过第一溶液的标准中性试样的电流变化量与体积的相关关系计算试样体积V，或者通过第二电流变化量以及步骤（3）中得出的通过第二溶液的标准中性试样的电流变化量与体积的相关关系计算试样的体积V；结束分析；其中，可以通过拟合曲线确定V值，也可以通过相关关系表插值的方式确定V值；

（C）计算X=（A-B）/2，Y=（A+B）/2，其中X表示试样电荷在与其电性相同溶液中导致的电流变化量，-X表示试样电荷在与其电性不同溶液中导致的电流变化量；Y表示试样体积导致的电流变化量，A为第一电流变化量和第二电流变化量中绝对值大的电流变化量，B为第一电流变化量和第二电流变化量中绝对值小的电流变化量；

（D）基于Y值以及存储部中存储的通过A值对应的溶液的标准中性试样的电流变化值与体积的相关关系计算试样体积V；

（E）基于试样体积V，X值，不同标准体积以及不同标准电荷量试样通过A值对应的溶液的电流变化量与电荷量和体积的相关关系，计算试样电荷Q。其中，步骤（E）中，可以从A值对应的溶液的相关关系表中，选择与V值最接近的一列，通过插值的方式确定X值在该列对应的Q值，为该试样电荷的Q值。步骤（E）中，也可以从A值对应的溶液的相关关系表中，选择与V值最接近的V1值列和V2值列，通过拟合确定X值在V1值列中的对应值Q1，在V2值列中的对应值Q2；根据（Q-Q1）/(V-V1)=(Q2-Q1)/(V2-V1)，计算出试样电荷Q值。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。