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一种动态离子流检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种动态离子流检测系统，包括：3D显微镜、微电极、信号放大器、信号调理器、图像采集/运动控制/数据处理器。采用本发明提供的动态离子流检测系统，能够解决平面成像导致的微电极信号采集不准确的问题，实现信号立体检测，为电生理学研究提供可靠的工具。
【专利说明】一种动态离子流检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及微测技术，尤其涉及一种动态离子流检测系统。
【背景技术】
[0002]现有的非损伤维测技术，是在计算机控制下，利用微电极以不接触样品的非损伤方式测试样品的局部微区信息，如进出样品离子分子浓度、流动速率以及流动方向信息，样品表面局部电流等。测量不同信息采用不同特性的微电极:如测量进出样品离子分子流动信息采用选择性/特异性分子微电极，该微电极类型有玻璃微电极、金属微电极、碳纤维微电极等，可以测量的离子恩子种类包括H+、Ca2+、H+、K+、Mg2+、Cl—、N03_等，测量样品表面局部电流信息采用振动微电极等。
[0003]非损伤微测技术采用微电极接近被测样品的方式采集信号，微电极并不接触或侵入样品，测量过程对样品无任何损伤性，肺损伤为测技术特有的非损伤性测量方式使其可应用与生物活体到飞圣体的广大范围样品，生物活体样品可以是生物整体、器官、组织、细胞层、单细胞乃至富集的细胞器等，非生物体可以是金属材料、颗粒物体、膜材料等等。
[0004]但是随着现有非损伤微测技术的广泛和深入应用，其内在缺陷也暴露出来。现有非损伤微测技术并非完全自动操作，显微镜对焦、被测样品以及电极置于显微镜同一视野下等需要实验人员手工进行，手工操作导致测量过程无法标准化，实际测量质量与实现人员的水平和经验密切相关。手工操作不可避免的个差异性也导致测量结果的一致性和重复性较差。
[0005]随着光电技术的不断发展，自动获取物体精确图像和位置信息、追踪物体运动的系统，如全自动影像追踪系统等已经形成成熟的商业化产品。其所获得的物理图像和位置信息通过计算机软件处理，可以转换为标准化最标致、分辨率等信息，成为实施智能控制基础。控制软件可基于标准化信息按照预设的要求发出控制指令控制被追踪物体的运动，并根据物体图像和位置信息的实时测量结果调整控制指令，实现智能控制。
[0006]但是现有技术中的离子流检测系统只能在平面上成像，会导致离子流检测结果的不准确、不能实现大景深检测；不能实现多方位观察；没有成像立体感。不利于实现准确定位微电极与被测样品的相对位置。

【发明内容】

[0007]本发明提供了一种动态离子流检测系统，能够准确定位微电极与被测样品的相对位置，从而实现离子流信号检测的准确性。
[0008]本发明中提供了一种动态离子流检测系统，包括:
[0009]3D显微镜、微电极、信号放大器、信号调理器、图像采集/运动控制/数据处理器；
[0010]所述3D显微镜用于观测微电极，并将观测图像发送到图像采集/运动控制/数据处理器；
[0011]所述微电极中灌装有液态离子，用于对被检测植物材料供应离子；[0012]所述信号放大器用于将微电极采集到的信号放大，并发送至信号调理器；
[0013]所述信号调理器用于对信号放大器发送的信号进行A/D调理，并将调理后的信号发送至所述图像采集/运动控制/数据处理器；
[0014]所述图像采集/运动控制/数据处理器用于根据所述3D显微镜发送的观测图像和所述信号调理器发送的信号确定被检测植物材料的生理状况。
[0015]优选的，所述微电极内部经硅烷化处理。
[0016]优选的所述图像采集/器运动控制/数据处理器还用于控制所述3D显微镜的方位。
[0017]优选的所述图像采集/器运动控制/数据处理器具体用于根据所述3D显微镜发送的观测图像和所述信号调理器发送的信号获取微电极中的离子流数据，并根据获取到离子流数据确定被检测植物材料的生理状况。
[0018]本发明提供的动态离子流检测系统，包括:3D显微镜、微电极、信号放大器、信号调理器、图像采集/运动控制/数据处理器；所述3D显微镜用于观测微电极，并将观测图像发送到图像采集/运动控制/数据处理器；所述微电极中灌装有液态离子，用于对被检测植物材料供应离子；所述信号放大器用于将微电极采集到的信号放大，并发送至信号调理器；所述信号调理器用于对信号放大器发送的信号进行A/D调理，并将调理后的信号发送至所述图像采集/运动控制/数据处理器；所述图像采集/运动控制/数据处理器用于根据所述3D显微镜发送的观测图像和所述信号调理器发送的信号确定被检测植物材料的生理状况。采用本发明提供的动态离子流检测系统，能够解决平面成像导致的微电极信号采集不准确的问题，实现信号立体检测，为电生理学研究提供可靠的工具。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例一提供的动态离子流检测系统的结构示意图；
[0020]图2为本发明实施例二提供的动态离子流检测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0022]本发明实施例一提供的动态离子流检测系统，如图1所示，该系统包括:
[0023]3D显微镜1、微电极2、信号放大器3、信号调理器4、图像采集/运动控制/数据处理器5 ;
[0024]3D显微镜I用于观测微电极2，并将观测图像发送到图像采集/运动控制/数据处理器5 ；
[0025]微电极2中灌装有液态离子，用于对(培养皿6)中的被检测植物材料7供应离子；
[0026]信号放大器3用于将微电极2采集到的信号放大，并发送至信号调理器4 ；
[0027]信号调理器4用于对信号放大器3发送的信号进行A/D调理，并将调理后的信号发送至图像采集/运动控制/数据处理器5 ；
[0028]图像采集/运动控制/数据处理器5用于根据3D显微镜I发送的观测图像和信号调理器4发送的信号确定被检测植物材料7的生理状况。[0029]优选的，微电极2为内部经硅烷化处理的微电极。
[0030]这样能够使得微电极尖端内壁更具附着力，有利于液态离子交换机附着而不渗漏到外面。
[0031]优选的，图像采集/器运动控制/数据处理器5还用于控制3D显微镜I的方位。
[0032]通过这种方式，一方面能够保证3D显微镜的视野，使3D显微镜更好的监测微电极与植物材料的相对位置，另一方面，能够避免手动调节显微镜的位置，对显微镜的调节更加精准。
[0033]优选的，图像采集/器运动控制/数据处理器5具体用于根据3D显微镜I发送的观测图像和信号调理器4发送的信号获取微电极中的离子流数据，并根据获取到离子流数据确定被检测植物材料的生理状况。
[0034]本发明实施例中，基于菲克定律和能斯特方程离子/分子运动规律，利用3D显微镜I观测微电极2检测植物材料7，将图像传到图像采集器/运动控制/数据处理器5上处理获得三维图像；信号放大器3将微电极2采集到的信号实现初步放大，再经过信号调理器实现A/D信号调理，最终将离子流数据传给图像采集/器运动控制/数据处理器5处理，通过图像采集/器运动控制/数据处理器5实现三维图像采集和对实时三维图像控制并实现离子流数据获取，通过获得的离子流数据判断离子运动速率、运动方向等信息，从而判断植物材料的生理状况。
[0035]下面结合具体应用场景，对利用本发明实施例提供的动态离子流检测系统实现动态离子流的过程进行说明，以玉米根尖作为实验材料，测量其根尖对K+的吸收情况:用K+液态离子交换剂Potassium ionophore 1-cocktail A (sigma公司生产),测量步骤可如图2所示:
[0036]步骤201，材料准备:玉米苗根尖
[0037]步骤202，材料生理平衡:将玉米苗根尖置于测试液(含有0.1mM KCl、0.1mMCaCl2、0.1mM MgCl2、0.5mM NaCl、0.2mM Na2SO4 和 0.3mM MES 的溶液)中平衡 30-50 分钟，
[0038]步骤203，微电极2制备:用美国SUTER公司P_97微电极拉制仪拉制微电极2，微电极2内部做硅烷化处理。
[0039]步骤204，微电极2灌装:首先灌装Icm长度灌充液(K+灌充液成份IOOmM KCl),然后利用毛细管虹吸作用原理吸入尖端一定长度的液态离子交换剂(LIX)，K+吸入LIX约180 μ m，微电极2灌装完毕。
[0040]步骤205,微电极2校正:将灌装好的K+离子微电极2置于信号放大器上用0.5mM和0.05mM KCl校正微电极斜率值约58，微电极校正完毕。
[0041]步骤206，开始检测生理平衡好的玉米苗根尖材料。
[0042]步骤207，分别得到玉米苗根尖观测部位的三维图像和K+离子流速，判断玉米苗根尖生理状态，例如K+和NH4+的吸收是否正常、植物是否受到胁迫等。
[0043]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种动态离子流检测系统，其特征在于，包括: 3D显微镜、微电极、信号放大器、信号调理器、图像采集/运动控制/数据处理器； 所述3D显微镜用于观测微电极，并将观测图像发送到图像采集/运动控制/数据处理器； 所述微电极中灌装有液态离子，用于对被检测植物材料供应离子； 所述信号放大器用于将微电极采集到的信号放大，并发送至信号调理器； 所述信号调理器用于对信号放大器发送的信号进行A/D调理，并将调理后的信号发送至所述图像采集/运动控制/数据处理器； 所述图像采集/运动控制/数据处理器用于根据所述3D显微镜发送的观测图像和所述信号调理器发送的信号确定被检测植物材料的生理状况。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微电极内部经硅烷化处理。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集/器运动控制/数据处理器还用于控制所述3D显微镜的方位。
4.如权利要求1所述的系统，所述图像采集/器运动控制/数据处理器具体用于根据所述3D显微镜发送的观测图像和所述信号调理器发送的信号获取微电极中的离子流数据，并根据获取到离子流数据确定被检测植物材料的生理状况。
【文档编号】G01N27/00GK103760192SQ201410013209
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】王成, 侯佩臣, 王晓冬, 罗斌, 姜富斌, 朱大洲, 宋鹏, 路文超, 赵勇 申请人:北京农业信息技术研究中心