抗癌药物羟喜树碱药效检测装置及检测方法

摘要

本发明公开了一种抗癌药物羟喜树碱药效检测装置及检测方法，包括电化学工作站，流通池，设于流通池内的基板和设于基板上的电极芯片，溶液箱，微量泵，加热装置，计算机等装置，本发明将未知药效的羟喜树碱的信噪比峰值与常用的癌症治疗药物顺铂的信噪比峰值相比较，在已明确药效和药量的顺铂的参照下，获得羟喜树碱的药效和药量。本发明具有检测效率高、准确性好，为羟喜树碱安全使用提供了可靠基础，确保了患者安全的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及药品检测技术领域，尤其是涉及一种能够准确检测药效的抗癌药物羟 喜树碱药效检测装置及检测方法。

背景技术

抗癌药物的用药量必须准确，当药量不足时，会达不到治疗效果。当药量超出安全 剂量，则会引起食欲减退、恶心、呕吐、腹泻灯胃肠道反应。常见又严重的毒性反应是肾脏毒 性反应，重复用药可加剧肾毒性反应；主要损害肾近曲小管，使细胞空泡化、上皮脱落、管腔 扩张，出现透明管型，血中尿酸过多，严重的引起血尿等症状。

大剂量及反复用药时，会出现神经毒性反应，会损伤耳柯替口器的毛细胞，引起高 频失听等。

由于抗癌新药的药效没有临床数据，初期使用时，完全依靠医生的摸索判断，如果 药量不足时，达不到治疗效果；如果药量超出安全剂量会导致严重的毒性反应，会给患者身 体带来很大伤害。

中国专利授权公告号：CN202204806U，授权公告日2012年4月25日，公开了一种药 品检测装置，包括其本体，本体包括：底座、立柱，所述的立柱的一侧设置有监测窗，其另一 侧设置有控制箱，所述的监测窗的一端设置有结果显示区，其另一端设置有分析区，所述的 控制箱的一侧设置有开关，其另一侧依次设置有参数显示区、触摸按键。该发明可以检测药 品外观的残缺和药品的成份，但是不足之处是，不能检测药品的药效。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不能检测药品药效的不足，提供了一种能够准确 检测药效的抗癌药物羟喜树碱药效检测装置和检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗癌药物羟喜树碱药效检测装置，包括电化学工作站，流通池，设于流通池内 的基板和设于基板上的电极芯片，盛有清洗溶液的第一溶液箱，盛有羟喜树碱溶液的第二 溶液箱，与第一溶液箱联通的第一微量泵，与第二溶液箱联通的第二微量泵，与第一微量泵 和第二微量泵的出液管连接的导液管；所述导液管的末端设有加热装置；电极芯片包括与 电化学工作站连接的对电极、参比电极和工作电极，工作电极上培养有若干个癌细胞，加热 装置的下端伸入流通池的工作电极上方，流通池下部设有出液口；所述第一微量泵和第二 微量泵分别位于流通池上表面的左侧和右侧；电化学工作站、第一微量泵、第二微量泵和加 热装置均与计算机电连接。

将被检测药品溶液羟喜树碱存放于第二溶液箱，通过导液管将药品溶液滴在电极 芯片的工作电极上，使之与培养的癌细胞发生作用，通过电化学工作站收集电极芯片的信 号数据，本发明将被检测的新药的检测信号Spect(t)输入预存于计算机中的二阶随机共振 系统中，计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图，在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰 的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标(M₁,M₂)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特 征峰值坐标(W₁,W₂)；

当M₁＜W₁，且|M₂|＞|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂好, 羟喜树碱的用药量需要比顺铂少；

当M₁＞W₁，且|M₂|＜|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂差, 羟喜树碱的用药量需要比顺铂多。

本发明将未知药效的羟喜树碱的信噪比峰值与常用的癌症治疗药物顺铂的信噪 比峰值相比较，在已明确药效和用药量的顺铂的参照下，获得羟喜树碱的药效和用药量，为 羟喜树碱安全使用提供了可靠基础，确保了患者的安全。

作为优选，所述加热装置包括椭圆形的壳体，温度传感器，设于壳体外部的加热膜 和设于壳体内壁两侧上的两组向下倾斜的隔板，隔板A和隔板B间隔排列；所述加热膜和温 度传感器均与计算机电连接。加热装置内设置两组隔板，增加溶液的加热时间。温度传感器 用于检测加热装置内的温度，将数据传给计算机，由计算机控制加热膜工作；两组隔板，隔 板A和隔板B间隔排列，每一滴溶液由上方进入加热装置，依次交替地沿着隔板A和隔板B向 下流，加热更充分。

作为优选，所述流通池中部设有向上凸起的凸台，凸台中部设有凹槽，凹槽上方设 有盖板，盖板上设有密封圈，所述基板位于凹槽内，密封圈下表面与工作电极和对电极之间 的基板密封连接，工作电极和对电极之间的基板上设有通孔。密封圈防止液体将工作电极 和对电极连接导电，多余的液体经过通孔流走。

作为优选，还包括分别设于第一溶液箱和第二溶液箱下部内的搅拌器，2个搅拌器 均与计算机电连接。使溶液箱中的溶液浓度均匀一致。

一种抗癌药物羟喜树碱药效检测装置的检测方法，包括如下步骤：

(5-1)计算机控制第一微量泵每隔时间T1滴下0.05ml的清洗溶液，清洗溶液流经 加热装置时被加热，第一微量泵滴液10至15分钟后，计算机控制第一微量泵停止滴液；

(5-2)计算机控制第二微量泵每隔时间T2滴下0.05ml的羟喜树碱溶液，第二微量 泵滴液10至15分钟后，计算机采集电化学工作站检测的电流密度信号S(t)，在电流密度信 号S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检 测信号ES(t)；

(5-3)对于ES(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t₁)，利 用公式计算平稳系数ratio；

计算机中预先设有依次增大的权重阈值0.45，1和1.55；

对于位于范围内的采样值，将采样值修正为B1ES(t₁)，0＜B1＜ 0.15，0＜A1＜0.2；

对于ratio位于(1-A2,1-A1]或[1+A1,1+A2)范围内的采样值，将采样值修正为 B2ES(t₁)，B1＜B2＜0.45，A1＜A2＜0.35；

对于ratio位于(0.45,1-A2]或[1+A2,1.55)范围内的采样值，将采样值修正为 B3ES(t₁)，B2＜B3＜0.6；

(5-4)用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信 号Spect(t)；

将Spect(t)输入预存于计算机中的二阶随机共振系统中，计算机画出激励噪声信 号的信噪比谱图，在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值 的坐标(M₁,M₂)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W₁,W₂)；

(5-5)当M₁＜W₁并且|M₂|＞|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺 铂好,羟喜树碱的用药量需要比顺铂少；

当M₁＞W₁并且|M₂|＜|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂差, 羟喜树碱的用药量需要比顺铂多。

作为优选，所述将Spect(t)输入预存于计算机中的二阶随机共振系统中，计算机 画出激励噪声信号的信噪比谱图包括如下步骤：

计算机将Spect(t)输入一阶随机共振模型

中， 其中，V(x,t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b，c，d为设定的常数，ξ(t)是 外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅 度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设cx²-dx⁴为标定分量；

计算机计算V(x,t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随 机共振模型：

设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值 为

将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定x₀(t)＝0，sn₀＝0，用四阶龙格库塔 算法求解一层随机共振模型，得到：

$x_{n+1}\left(t\right)=x_n\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_n+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_n+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_n+{\left(k_4\right)}_n];$

并计算：

${\left(k_1\right)}_n=4\left({\alpha }_{n-1}\right(t)-{\mathrm{bx}}_{n-1}^3(t)+{\mathrm{sn}}_{n-1}),$

${\left(k_2\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})-b{\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})}^3+{\mathrm{sn}}_{n-1}],$

${\left(k_3\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_2\right)}_{n-1}}{2})-b{\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{\sqrt{2}-1}{2}{\left(k_1\right)}_{n-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}],$

${\left(k_4\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+{\left(k_3\right)}_{n-1})-b{\left(x_{n-1}\right(t)-\frac{\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{2}{\left(k_3\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}];$

其中，x_n(t)为x(t)的n阶导数，sn_n-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，sn_n+1是S (t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0,1,…,N-1；得到x₁(t),x₂(t),…,x_n+1(t)的值；

计算机对x₁(t),x₂(t),…,x_n+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共 振模型和二层随机共振模型组成的二阶随机共振系统产生随机共振时刻的位置x_m值、与x_m相对应的共振时刻t₁及与t₁所对应的噪声D₁，D₁为D中的一个值；

计算机利用公式计算二阶随机共振系统输出的信 噪比；其中，ΔU＝a²/4b；计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图。

作为优选，还包括分别设于第一溶液箱和第二溶液箱下部内的搅拌器，2个搅拌器 均与计算机电连接；步骤(5-1)之前还包括计算机控制两个搅拌器搅拌10至15分钟后停止 搅拌。

作为优选，加热装置包括椭圆形的壳体，温度传感器，设于壳体外部的加热膜和设 于壳体内壁两侧上的两组向下倾斜的隔板，隔板A和隔板B间隔排列；所述加热膜和温度传 感器均与计算机电连接；温度传感器检测加热装置内的温度，计算机中设有标准温度区间 [T_L,T_H]，当检测的温度≥T_H，计算机控制加热膜停止加热；当检测的温度≤T_L，计算机控制 加热膜开始加热。

作为优选，步骤(5-5)之后还包括如下步骤：

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量为5％ 至18％；

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量 为20％至40％；

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量大于 40％。

作为优选，A1的取值范围为0.08至0.18，A2的取值范围为0.2至0.3，B1的取值范围 为0.08至0.12，B2的取值范围为0.2至0.4，B3的取值范围为0.5至0.6。

因此，本发明具有如下有益效果：检测效率高、准确性好，为羟喜树碱安全使用提 供了可靠基础，确保了患者的安全。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种原理框图；

图3是本发明的电极芯片的一种结构示意图；

图4是本发明的实施例的一种流程图。

图中：电化学工作站1、流通池2、基板3、电极芯片4、第一溶液箱5、第二溶液箱6、第 一微量泵7、第二微量泵8、导液管9、加热装置10、计算机11、搅拌器12、凸台21、通孔31、油漆 涂层32、对电极41、参比电极42、工作电极43、壳体101、温度传感器102、加热膜103、隔板A 104、隔板B105。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图3所示的实施例是一种抗癌药物羟喜树碱药效检测装置，包括电化 学工作站1，流通池2，设于流通池内的基板3和设于基板上的电极芯片4，盛有清洗溶液的第 一溶液箱5，盛有羟喜树碱溶液的第二溶液箱6，与第一溶液箱联通的第一微量泵7，与第二 溶液箱联通的第二微量泵8，与第一微量泵和第二微量泵的出液管连接的导液管9；所述导 液管的末端设有加热装置10；电极芯片包括与电化学工作站连接的对电极41、参比电极42 和工作电极43，工作电极上培养有若干个癌细胞，加热装置的下端伸入流通池的工作电极 上方，流通池下部设有出液口；所述第一微量泵和第二微量泵分别位于流通池上表面的左 侧和右侧；电化学工作站、第一微量泵、第二微量泵和加热装置均与计算机11电连接。

如图3所示，电极芯片包括与电化学工作站连接的对电极41、参比电极42和工作电 极43，还包括油漆涂层32，工作电极上培养有20000个癌细胞。

所述加热装置包括椭圆形的壳体101，温度传感器102，设于壳体外部的加热膜103 和设于壳体内壁两侧上的两组向下倾斜的隔板，隔板A104和隔板B105间隔排列；所述加 热膜和温度传感器均与计算机电连接。

所述流通池中部设有向上凸起的凸台21，凸台中部设有凹槽，凹槽上方设有盖板， 盖板上设有密封圈，所述基板位于凹槽内，密封圈下表面与工作电极和对电极之间的基板 密封连接，工作电极和对电极之间的基板上设有通孔31。

还包括分别设于第一溶液箱和第二溶液箱下部内的搅拌器12，2个搅拌器均与计 算机电连接。

如图4所示，一种抗癌药物羟喜树碱药效检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤100，预处理溶液

计算机控制两个搅拌器搅拌10分钟后停止搅拌；

温度传感器检测加热装置内的温度，计算机中设有标准温度区间[T_L,T_H]，当检测 的温度≥T_H，计算机控制加热膜停止加热；当检测的温度≤T_L，计算机控制加热膜开始加热； T_L＝36.5℃，T_H＝39.5℃。

步骤200，清洗

第一微量泵每隔时间T1滴下0.05ml的清洗溶液，清洗溶液流经加热装置时被加 热，第一微量泵滴液15分钟后，计算机控制第一微量泵停止滴液；清洗溶液为磷酸盐缓冲 液。

步骤300，检测采样

计算机控制第二微量泵每隔时间T2滴下0.05ml的羟喜树碱溶液，第二微量泵滴液 15分钟后，计算机采集电化学工作站检测的电流密度信号S(t)，在电流密度信号S(t)中选 取450个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号ES(t)；

步骤400，修正采样值

对于ES(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t₁)，利用公 式计算平稳系数ratio；

计算机中预先设有依次增大的权重阈值0.45，1和1.55；

对于ratio位于(1-A1,1+A1)范围内的采样值，将采样值修正为B1ES(t₁)，B1为 0.11，A1为0.13；

对于ratio位于(1-A2,1-A1]或[1+A1,1+A2)范围内的采样值，将采样值修正为 B2ES(t₁)，B2为0.3，A2为0.25；

对于ratio位于(0.45,1-A2]或[1+A2,1.55)范围内的采样值，将采样值修正为 B3ES(t₁)，B3为0.52；

步骤500，画信噪比谱图

步骤510，修正检测信号

用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号 Spect(t)；

所述将Spect(t)输入预存于计算机中的二阶随机共振系统中；

步骤520，二阶随机共振系统

计算机将Spect(t)输入一阶随机共振模型

中， 其中，V(x,t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b，c，d为设定的常数，ξ(t)是 外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅 度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设cx²-dx⁴为标定分量；

计算机计算V(x,t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随 机共振模型：

设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值 为

将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定x₀(t)＝0，sn₀＝0，用四阶龙格库塔 算法求解一层随机共振模型，得到：

$x_{n+1}\left(t\right)=x_n\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_n+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_n+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_n+{\left(k_4\right)}_n];$

并计算：

${\left(k_1\right)}_n=4\left({\alpha }_{n-1}\right(t)-{\mathrm{bx}}_{n-1}^3(t)+{\mathrm{sn}}_{n-1}),$

${\left(k_2\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})-b{\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})}^3+{\mathrm{sn}}_{n-1}],$

${\left(k_3\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{{\left(k_2\right)}_{n-1}}{2})-b{\left(x_{n-1}\right(t)+\frac{\sqrt{2}-1}{2}{\left(k_1\right)}_{n-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}],$

${\left(k_4\right)}_n=4[a\left(x_{n-1}\right(t)+{\left(k_3\right)}_{n-1})-b{\left(x_{n-1}\right(t)-\frac{\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{2}{\left(k_3\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}];$

其中，x_n(t)为x(t)的n阶导数，sn_n-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，sn_n+1是S (t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0,1,…,N-1；得到x₁(t),x₂(t),…,x_n+1(t)的值；

计算机对x₁(t),x₂(t),…,x_n+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共 振模型和二层随机共振模型组成的二阶随机共振系统产生随机共振时刻的位置x_m值、与x_m相对应的共振时刻t₁及与t₁所对应的噪声D₁，D₁为D中的一个值；

步骤530，画出信噪比谱图

计算机利用公式计算二阶随机共振系统输出的信 噪比；其中，ΔU＝a²/4b；计算机画出激励噪声信号的信噪比谱图；

步骤600，药效分析

在信噪比谱图中选取靠近原点的特征峰的信噪比峰值，并将信噪比峰值的坐标 (M₁,M₂)存储到计算机中，计算机中存储有顺铂的特征峰值坐标(W₁,W₂)；顺铂的特征峰值坐 标(W₁,W₂)同样是采用步骤100至500的方法获得的，分别盛在2个第二溶液箱中的顺铂溶液 和羟喜树碱浓度相同。

当M₁＜W₁并且|M₂|＞|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂好, 羟喜树碱的用药量需要比顺铂少；

当M₁＞W₁并且|M₂|＜|W₂|时，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂差, 羟喜树碱的用药量需要比顺铂多。

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量为5％ 至18％；

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量 为20％至40％；

当时，计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加或减少的用药量大于 40％。

由信噪比谱图可以得到，顺铂的特征峰的信噪比峰值为(20，-34dB)，羟喜树碱的 特征峰的信噪比峰值为(33，-29dB)。

因此，计算机显示羟喜树碱对癌细胞的作用效果比顺铂差，羟喜树碱的用药量需 要比顺铂多。

计算机显示建议羟喜树碱比顺铂增加的用药量为 25％-30％。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在 阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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。