[发明专利]全自动非损伤微测技术

说明书

技术领域：

本发明涉及一种全自动控制微电极接近样品进行测量，非损伤性获得进出样品离子分子浓度、流动速率及流动方向信息，样品表面局部电流信息等样品微区信息的方法，特别是涉及全自动化操作非损伤性获得多样性样品微区信息的技术，属光机电一体化技术领域。

背景技术：

现有的非损伤微测技术，是在计算机控制下，利用微电极以不接触被测样品的非损伤方式测量样品的局部微区信息，如进出样品离子分子浓度、流动速率及流动方向信息，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/特异性离子分子微电极，该微电极类型有玻璃微电极、金属微电极、碳纤维微电极等等，可以测量的离子分子种类包括H⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-及O₂、H₂O₂、CO₂、NO等等；测量样品表面局部电流信息采用振动微电极等。

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。非损伤微测技术特有的非损伤性测量方式使其可应用于生物活体到非生物体的广大范围样品，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等，非生物体可以是金属材料、颗粒物体、膜材料等等。

非损伤微测技术所采用的微电极尖端直径一般为2微米左右，随着微电极工艺水平的不断提高其尖端直径甚至能够达到纳米级。非损伤微测技术借此采集被测样品局部微区非常精细的信息，精确表征被测样品的性质或性能。

基于现有非损伤微测技术的上述诸多优点，其已在生命科学、医学、药学、农业科学、材料科学、腐蚀科学等领域获得越来越广泛的应用，取得大量有价值的成果。

但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、被测样品及电极置于显微镜同一视野下等操作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，实际测量质量与实验人员的水平和经验密切相关。手工操作不可避免的个体差异性也导致测量结果的一致性和重复性较差。

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、追踪物体运动的装置，如全自动影像追踪系统等已经形成成熟的商业化产品。其所获得的物体图像和位置信息通过计算机软件的处理，可以转化为标准化坐标值、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先设定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。

现有非损伤微测技术所需的人为操作集中于显微镜下操作，在显微镜上加装具有获取物体图像和位置信息、追踪物体运动功能的装置，采集被测样品与微电极的图像与位置信息，追踪被测样品与微电极的运动，以此作为智能控制的基础，完全能够快速、便捷、可靠的实现非损伤微测技术的全自动化操作。但是，基于上述方法的全自动非损伤微测技术还未见报道。

发明内容：

本发明提供一种全自动非损伤微测技术，包括：信号采集单元、多维运动单元、智能控制单元以及显微成像/视频采集单元。

下面具体说明本发明各单元的部件及结构关系。

所述的信号采集单元包括信号处理器、前置放大器、微电极以及其他必要配件。其他必要配件主要包括参比电极、测量器皿、液体介质等。微电极既可以是选择性/特异性离子分子微电极，如玻璃微电极、金属微电极、碳纤维微电极等等，也可以是振动微电极等其他微电极，根据测量信息的不同选定。微电极数量既可以是一个，也可以是多个。样品测量一般需要液体介质环境，在测量器皿中放置被测样品、液体介质，微电极与参比电极也都处于液体介质中。微电极一般要近距离接近被测样品，具体接近程度根据测量实验的要求确定。参比电极与被测样品要保持一定的距离，以避免干扰测量信号。

所述的多维运动单元包括运动控制器、驱动器以及其他必要配件。其他必要配件主要包括位移传递架、固定连接弹簧、铅制螺杆等。运动控制器的运动指令发送到驱动器，驱动器通过位移传递架等的配合驱动微电极按照指令运动。