一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置及其方法
阅读说明：本技术 一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置及其方法 (Living body detection device and method for hormone in plant leaf with replaceable electrode ) 是由 龙拥兵 施玉峰 徐海涛 杨林鑫 巫彬芳 栗云鹏 周华 姚志杰 邓海东 兰玉彬 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置及其方法,装置包括可调支撑架、连接件、活体采样机构以及电化学信号检测仪；可调支撑架通过连接件与活体采样机构相连接的同时,与连接件配合调节活体采样机构所处的高度；电化学信号检测仪与活体采样机构连接；本发明采用三电极结构的电化学传感法,以非插入的方式在植物叶片上实现活体检测；另外,通过活体采样机构采样,使得根据需要检测激素的种类,快速对电极进行更换,以实现对不同特异性植物激素的检测；最后采用电化学信号检测仪和电极可分离的设计,工作电极可以单独进行加工和二次修饰,从而提高了电化学检测性能,降低了生产成本和使用成本。(The invention discloses a device and a method for in-vivo detection of hormone in plant leaves with replaceable electrodes, wherein the device comprises an adjustable support frame, a connecting piece, an in-vivo sampling mechanism and an electrochemical signal detector; the adjustable support frame is connected with the living body sampling mechanism through the connecting piece and is matched with the connecting piece to adjust the height of the living body sampling mechanism; the electrochemical signal detector is connected with the living body sampling mechanism; the invention adopts an electrochemical sensing method with a three-electrode structure to realize in-vivo detection on plant leaves in a non-insertion way; in addition, the living body sampling mechanism is used for sampling, so that the types of hormones can be detected according to the needs, and the electrodes can be replaced quickly, so that the detection of different specific phytohormones can be realized; and finally, by adopting the design that the electrochemical signal detector and the electrode can be separated, the working electrode can be independently processed and secondarily modified, so that the electrochemical detection performance is improved, and the production cost and the use cost are reduced.)
技术领域
本发明涉及电化学检测的技术领域，尤其涉及到一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置及其方法。
背景技术
植物激素是植物自身合成的微量小分子有机物，作为信号分子，在极低浓度就能对植物生长发育产生显著调控作用。已知的植物激素主要包括生长素、脱落酸、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、芸薹素、茉莉素、水杨酸和独脚金内酯等类型。植物激素调控植物生长发育及环境适应的各个过程，它们既相互独立又协同调控植物种子萌发、营养生长、生殖生长、胚胎发育、种子成熟和休眠等生长发育过程以及生长周期中对生物与非生物环境胁迫的适应。植物激素自从被发现以来，已广泛应用于农业生产等领域，产生了巨大的社会经济效益。
植物激素在植物体内的含量极低，在0.1-50ng/g鲜重范围内。植物激素对光、温度、氧化剂等外界条件敏感，加上植物组织中复杂代谢物背景的干扰，故其测定方法需要高敏特异。目前，植物激素的定量检测分析方法主要有光谱法、液相色谱法、质谱法、毛细管电泳法等。但是，上述定量分析方法的采样是使用离体处理的方式，在提取、纯化、检测的过程中，不可避免地会发生被检测物的损失，而且冷冻、萃取过程复杂，需时较长，无法实现短时效或者实时的样品检测。在众多的检测手段中，电化学传感器检测方法具有操作方便、所需仪器价廉、响应迅速、灵敏度高、选择性好、可连续动态监测、无需复杂的样品前处理过程等优点，适合应用于植物活体检测方面。
但是，在电化学传感器对植物叶片中激素检测的研究中，通常需要将待测叶片采摘下来再进行检测，无法做到活体检测。针对不同种类的植物激素检测需要使用不同的工作电极，现有的已经封装好的传感器无法更换电极，使用成本高。基于丝网印刷电极的电化学传感器大部分是一次性的，使用一次之后其检测性能会大幅下降，无法重复使用，并且其工作电极的检测区域采用印刷浆料来批量制备，无法进行二次修饰以提高电化学检测性能，也无法更换电极实现不同特异性植物激素的检测。植物叶片的厚度比较小，通常在0.5mm以下，难以采用探针式电极以插入叶片的方式进行检测。因此，提供一种可更换电极的植物叶片激素活体检测装置有着非常好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服机器人拐角过渡的问题，提出了一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置，实现对植物叶片中的生长素、水杨酸、赤霉素、脱落酸等植物激素进行活体检测的同时，还能提高检测效率和降低检测成本。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置，包括可调支撑架、连接件、活体采样机构以及电化学信号检测仪；所述可调支撑架通过连接件与活体采样机构相连接的同时，与连接件配合调节活体采样机构所处的高度；
其中，所述活体采样机构包括采样底座、激素采样件、电极、电极连接柱、叶片压件以及主体连接架；
所述激素采样件放置在采样底座上，而电极放置在激素采样件上；
所述主体连接架设有第一内腔和第二内腔，电极连接柱和叶片压件分别安装在第一内腔和第二内腔内，该三者组成固定连接结构；
所述固定连接结构插入已放置好激素采样件和电极的采样底座上，与激素采样件、采样底座、电极组成可拆装结构；叶片压件靠近并位于激素采样件的上方；
所述电化学信号检测仪通过电极连接柱与活体采样机构中的电极连接。
进一步地，所述可调支撑架包括支撑底座和支撑柱；
所述支撑底座为圆饼状支撑底座；
所述支撑柱竖直安装在支撑底座上方，与支撑底座的中部固定连接，且支撑柱的一侧面沿着其延伸方向均匀铺设有卡齿。
进一步地，所述连接件包括箍架、连接部、卡簧；
所述箍架横截面的面积与支撑柱横截面的面积适配，从而箍套在支撑柱上；
所述连接部的一端与箍架的一侧面连接，另一端与采样底座的侧面相连；
所述卡簧安装在箍架的另一侧面上，该侧面的朝向与支撑柱铺设有卡齿的侧面的朝向相同，通过卡簧与卡齿配合，调节活体采样机构所处的高度。
进一步地，所述采样底座包括采样底板和安装连接部；
所述采样底板分为前后两个区域，前区域设有用于放置激素采样件的凹槽，后区域为电极连接平台；
所述安装连接部一体成型在采样底板左右两侧，且安装连接部设有用于插入主体连接架的主体插槽。
进一步地，所述激素采样件放置在采样底板的凹槽内，其上表面设有激素采样槽和三个电极槽；所述电极槽的一端与激素采样槽连通，另一端往电极连接平台的方向延伸，直通电极连接平台；电极槽根据放入电极的不同，长度在5-20mm之间，宽度在0.1-3mm之间，深度在0.1-1mm之间；激素采样槽根据采样激素的不同，长度在5-10mm之间，宽度在3-10mm之间，深度在0.1-1mm之间。
进一步地，所述电极包括工作电极、参比电极以及对电极，该三种电极的一端均伸进激素采样槽内，中部置于对应的电极槽中，另外一端穿过对应的电极槽后均延伸至电极连接平台上；
所述工作电极的中部采用绝缘管套密封；
所述参比电极为银-氯化银电极；
所述对电极为铂电极。
进一步地，所述第一内腔的侧面和底面分别开有侧孔和底孔；
所述电极连接柱包括第一抵触柱、第一弹簧、接线柱、导线；
所述第一弹簧的一端与第一抵触柱的一端连接，另一端与主体连接架的第一内腔的顶部连接；
所述导线穿过第一弹簧，并连接于第一抵触柱和接线柱之间；
所述第一抵触柱的另一端穿过第一内腔的底孔，与电极接触；
所述接线柱远离第一抵触柱的一端穿过第一内腔的侧孔，与电化学信号检测仪连接。
进一步地，所述第二内腔开有穿过主体连接架顶部的上端孔；
所述叶片压件包括压板、第二抵触柱、第二弹簧以及控制柱；
所述压板水平放置；
所述第二抵触柱和控制柱均固定在所述压板上表面，且控制柱位于两个第二抵触柱之间；
所述第二弹簧的一端与所述第二抵触柱的顶端连接，另一端与主体连接架的第二内腔的顶部连接，给第二弹簧一个竖直方向上的力；
所述控制柱的上端穿过第二内腔的上端孔。
为实现上述目的，本发明另外提供一种用于可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置的方法，包括以下步骤：
S1、安装活体采样机构；
S2、将可调支撑架放于待测植物旁边，通过连接件上的卡簧与支撑柱上的卡齿配合，调节活体采样机构的高度，使活体采样机构的高度和待测叶片的高度一致；
S3、往激素采样件的激素采样槽中滴入缓冲液，使缓冲液填充满激素采样槽；
S4、将待测植物叶片覆盖在激素采样件的表面，并通过手动控制控制柱的上端，使得叶片压件沿着第二内腔的延伸方向往下压，从而固定待测植物叶片；
S5、在激素采样槽上方的待测植物叶片表面用针穿刺多个孔，等待10秒至20分钟，使叶片中的汁液经穿刺孔渗透扩散到缓冲液中；
S6、将电化学信号检测仪连接到活体采样机构的三个接线柱上，打开电化学信号检测仪检测电化学信息，确定激素浓度。
进一步地，所述步骤S1安装活体采样机构的具体过程如下：
S1-1、把激素采样件放进采样底座的凹槽内；
S1-2、将所需的工作电极、参比电极和对电极放入激素采样件对应电极槽中；
S1-3、将由电极连接柱、叶片压件、主体连接架组成的固定连接结构插入采样底座上，活体采样机构成形。
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
1.采用三电极结构的电化学传感法，以非插入的方式在植物叶片上实现活体检测。
2.采用可拆装的活体采样机构进行采样，使得根据需要检测激素的种类，快速对电极进行更换，以实现对不同特异性植物激素的检测。
3.采用电化学信号检测仪和电极可分离的设计，工作电极可以单独进行加工和二次修饰，从而提高了电化学检测性能，降低了生产成本和使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置的结构示意图(省略了电化学信号检测仪)；
图2为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置中采样底座的结构示意图；
图3为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置中激素采样件的结构示意图；
图4为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置中电极连接柱的结构示意图；
图5为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置中叶片压件的结构示意图；
图6为本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置中主体连接架与电极连接柱和叶片压件组装在一起的结构示意图；
图7为通过本发明一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置检测黄瓜幼苗叶片生长素的检测结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明实施例所述的一种可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置，用于检测黄瓜幼苗叶片生长素。
装置包括可调支撑架1、连接件4、活体采样机构以及电化学信号检测仪；可调支撑架1通过连接件4与活体采样机构相连接的同时，与连接件4配合调节活体采样机构所处的高度。
具体地，可调支撑架1包括支撑底座1-1和支撑柱1-2；
支撑底座1-1为圆饼状支撑底座；
支撑柱1-2竖直安装在支撑底座1-1上方，与支撑底座1-1的中部固定连接，且支撑柱1-2的一侧面沿着其延伸方向均匀铺设有卡齿1-3。
具体地，连接件4包括箍架4-1、连接部4-2、卡簧4-3；
箍架4-1横截面的面积与支撑柱1-2横截面的面积适配，从而箍套在支撑柱1-2上；
连接部4-2的一端与箍架4-1的一侧面连接，另一端与采样底座2的侧面相连；
卡簧4-3安装在箍架4-1的另一侧面上，该侧面的朝向与支撑柱1-2铺设有卡齿1-3的侧面的朝向相同，通过卡簧4-3与卡齿1-3配合，从而锁定连接件4所处的高度。
具体地，活体采样机构包括采样底座2、激素采样件3、电极、电极连接柱5、叶片压件6以及主体连接架7；
其中，如图2所示，采样底座2包括采样底板2-1和安装连接部2-2；
采样底板2-1分为前后两个区域，前区域设有用于放置激素采样件3的凹槽2-3，后区域为电极连接平台2-4；
安装连接部2-2一体成型在采样底板2-1左右两侧，且安装连接部2-2设有用于插入主体连接架7的主体插槽2-5。
如图3所示，激素采样件3上表面设有激素采样槽3-1和三个电极槽3-2；电极槽3-2的一端与激素采样槽3-1连通，另一端往电极连接平台2-4的方向延伸，直通电极连接平台2-4。
具体地，电极包括工作电极、参比电极以及对电极，该三种电极的一端均伸进激素采样槽3-1内，中部置于对应的电极槽3-2中，另外一端穿过对应的电极槽3-2后均延伸至电极连接平台2-4上；
工作电极采用经过碳纳米管和氯金酸修饰后的碳纤维丝，中部采用绝缘管套密封；
参比电极为银-氯化银电极；
对电极为铂电极。
具体地，主体连接架7设有第一内腔和第二内腔，第一内腔的侧面和底面分别开有三个侧孔和三个底孔，第二内腔开有穿过主体连接架7顶部的上端孔；
具体地，如图4所示，电极连接柱5包括第一抵触柱5-1、第一弹簧5-2、接线柱5-3、导线5-4；
第一弹簧5-2的一端与第一抵触柱5-1的一端连接，另一端与主体连接架7的第一内腔的顶部连接；
导线5-4穿过第一弹簧5-2，并连接于第一抵触柱5-1和接线柱5-3之间；
第一抵触柱5-1的另一端穿过第一内腔的底孔；
接线柱5-3远离第一抵触柱5-1的一端穿过第一内腔的侧孔。
具体地，如图5所示，叶片压件6包括压板6-1、第二抵触柱6-2、第二弹簧6-3以及控制柱6-4；
压板6-1水平放置；
第二抵触柱6-2和控制柱6-4均固定在所述压板6-1上表面，且控制柱6-4位于两个第二抵触柱6-2之间；
第二弹簧6-3的一端与所述第二抵触柱6-2的顶端连接，另一端与主体连接架7的第二内腔的顶部连接，给第二弹簧6-3一个竖直方向上的力；
控制柱6-4的上端穿过第二内腔的上端孔。
如图6所示，上述结构中，电极连接柱5、叶片压件6以及主体连接架7组成固定连接结构，进行植物叶片激素的活体检测过程中也不会进行拆卸或安装(已提前安装好)。
另外，固定连接结构插入已放置好激素采样件3和电极的采样底座2上，与激素采样件3、采样底座2、电极组成可拆装结构(即：激素采样件3、采样底座2、电极与固定连接结构之间可根据植物叶片激素的活体检测要求进行拆卸或安装)；
活体采样机构安装成形后，
叶片压件6靠近并位于激素采样件3的上方；第一抵触柱5-1的底端与电极接触，接线柱5-3穿过第一内腔侧孔的一端与电化学信号检测仪连接，从而实现电极与电化学信号检测仪之间的连通。
下面为通过本实施例所述的可更换电极的植物叶片内激素的活体检测装置对黄瓜幼苗叶片生长素进行检测的过程：
S1、安装活体采样机构：
本步骤包括：
S1-1、把激素采样件3放进采样底座2的凹槽2-3内；
S1-2、将所需的工作电极、参比电极和对电极放入激素采样件3对应电极槽中；
S1-3、将由电极连接柱5、叶片压件6、主体连接架7组成的固定连接结构插入采样底座2上，活体采样机构成形。
S2、活体采样机构安装完成后，将可调支撑架1放于黄瓜幼苗旁边，通过连接件4上的卡簧4-3与支撑柱1-2上的卡齿1-3配合，调节活体采样机构的高度，使活体采样机构的高度和黄瓜幼苗叶片的高度一致；
S3、往激素采样件3的激素采样槽3-1中滴入PBS缓冲液，使PBS缓冲液填充满激素采样槽3-1；
S4、将黄瓜幼苗叶片覆盖在激素采样件3的表面，并通过手动控制控制柱6-4的上端，使得叶片压件6沿着第二内腔的延伸方向往下压，从而固定黄瓜幼苗叶片；
S5、在激素采样槽3-1上方的黄瓜幼苗叶片表面用针穿刺3个孔，等待30秒，使叶片中的汁液经穿刺孔渗透扩散到PBS缓冲液中；
S6、将电化学信号检测仪连接到活体采样机构的三个接线柱上，打开电化学信号检测仪检测电化学信息，确定激素浓度，检测结果如图7所示。
本实施例采用三电极结构的电化学传感法，以非插入的方式在黄瓜幼苗叶片上实现活体检测；另外，通过活体采样机构采样，使得根据需要检测激素的种类，快速对电极进行更换，以实现对不同特异性植物激素的检测；最后采用电化学信号检测仪和电极可分离的设计，工作电极可以单独进行加工和二次修饰，从而提高了电化学检测性能，降低了生产成本和使用成本。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。