基于核酸适体传感器的atp浓度检测系统设计

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1、基于核酸适体传感器的ATP浓度检测系统设计姜利英，岳保磊，梁茂，周鹏磊，肖小楠（郑州轻工业学院，电气信息工程学院，河南郑州450002）摘要：针对核酸适体电流型传感器信号弱、噪声高、测量难的特点，设计一种可准确检测三磷酸腺苷（ATP）浓度的核酸适体传感器检测电路。该电路主要包括恒电位电路、I/V转换电路、多级放大电路、带通滤波和锁相放大电路。利用循环伏安法研究并分析了核酸适体传感器的输出电压与被测物ATP浓度之间的关系。测试结果表明：电流型核酸适体传感器检测系统具有很高的信噪比、较好的灵敏度和线性度，线性度为0.9940，能够满足现场快速准确测试的需求。.jyqk

2、s，MEMS）加工技术、薄膜技术并结合电化学沉积技术制备的基于共面薄膜金电极的高灵敏度传感器，本传感器采用三电极体系如图1所示，即工作电极（V级以上电压。该电路的反馈电阻：式中:R表示电路总反馈电阻；R′表示上半部分电阻；R″表示下半部分电阻。接到输出端分压电阻上，通过并联负反馈增大反馈电阻，构成并联负反馈的各电阻的阻值都不需要太大，就可以得到足够大的总反馈电阻，从而降低电阻噪声。多级放大电路中第一级放大电路对总噪声的影响最大，系统的总噪声系数由第一个放大电路的噪声系数决定[3]。第一级放大电路所选用的元器件应为低噪声、高精度的器件。放大电路图如图5所示，该级放大

3、电路采用反向输入方式，输入电阻R20为10kΩ，反馈电阻R24为100kΩ，放大倍数n=-R24R20=-10。其中电容C10的作用是进行相位补偿，避免运放产生自激振荡。2.2.2带通滤波电路本设计采用通用芯片UAF42设计中心频率为10kHz的带通滤波器进行信号处理，滤除被测信号频率以外的其他频率信号，提高检测系统的信噪比。UAF42芯片具有自带的filter仿真设计软件和不同品质因数、不同类型的滤波器连接图[4]。UAF42设计带通滤波器时只需外接三个电阻，电路简单且容易实现。基于上述优点本设计采用UAF42通用芯片设计了中心频率为10kHz的带通滤波器，设计

4、参数图、设计电路图分别如图6、图7所示。2.3锁相放大电路锁相放大过程是利用调制器将待测微弱直流或缓变信号变换成高频交流信号，对其放大后再解调恢复出原始信号。该过程滤除了原信号中的低频噪声（1f噪声），同时避免了直流放大器的直流漂移偏差。锁相放大器的基本结构如图8所示，包括信号通道、参考通道、相敏检测器（PSD）和低通滤波器（LPF）等[5]。本电路的输入信号为10kHz正弦波与前端低频信号调制后的信号，参考信号为10kHz的正弦信号。在信号通道内对调制信号进行交流放大，再由带通滤波器滤除其他频率信号干扰，同时对信号进行放大处理以满足相敏检测的工作电压，相敏解调后

5、的信号再通过低通滤波器恢复出待测低频信号，从而实现频带的搬移和消除低频噪声。采用相敏解调芯片AD630搭建的相敏检测电路如图9所示。式中：右边的第1项为调制信号与参考信号的差频项；第2项为调制信号与参考信号的和频项；第3项为噪声信号与参考信号的和频项；第4项为噪声信号与参考信号的差频项。经过低通滤波器后输出为第1项0.5VsVrcos(ω0t+θ)和第4项中

6、ωn

7、-ω0<BL（LPF的等效噪声带宽）的噪声，只要LPF的等效噪声带宽足够窄，就可以得到满意的信噪比[6]。3实验结果为了研究核酸适体传感器检测ATP浓度与输出电压的关系，对标定不同浓度的ATP溶液

8、分别进行检测，得出对应的输出电压值如表1所示。由表1可知，随着ATP浓度的不断增大，输出电压值也随着增大。为了进一步研究ATP浓度输出电压值进行作图，如图10所示。可以看出，核酸适体与ATP结合后，在ATP浓度为5~100nmoL/L时，输出电压与ATP浓度表现出良好的线性关系，相关系数R2=0.9940。4结语本文设计的核酸适体传感器检测系统具有成本低、精度高、便携式的特点，电路具有较强的扩展能力，通过调整滤波器参数，可实现更宽频带信号的测量。同时，多次进行的测试证明了该核酸适体传感器检测电路性能稳定、抗噪能力强，可实现1×109A电流检测放大，完全能够满足AT

9、P浓度检测范围的要求。.jyqkag.信?aclass="__cf_email__"href="/cdn-cgi/l/email-protection"data-cfemail="3fdb9c85515a484c7f56504b525e58115c5052">[email protected]