基于發(fā)光二極管的抗生素效價測量系統(tǒng)的研制

萬峰 馮芳芳 黃迎慧 王婷婷

[摘 要] 本文提出一種新的抗生素效價測量系統(tǒng)設(shè)計方法；該方法以綠色發(fā)光二極管為光源，采用微型透鏡實現(xiàn)發(fā)光二極管的發(fā)光準(zhǔn)直，以硅光電池作為光電接收器件，采用12位數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；整個系統(tǒng)一共有35個獨立的測量單元，恒溫系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)恒溫在37℃± 0.2℃準(zhǔn)確度。系統(tǒng)采用Labview編寫數(shù)據(jù)處理程序和顯示界面，基于藥典中一劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線法對某種批號慶大霉素的效價進(jìn)行測量，以北京潮聲公司的標(biāo)準(zhǔn)儀器作為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，準(zhǔn)確度可以達(dá)到3%。

[關(guān)鍵詞] 效價；發(fā)光二極管；一劑量法

中圖分類號： TH788 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-5200（2016）01-013-03

0 引言

抗生素效價測量系統(tǒng)是對抗生素藥物藥效進(jìn)行測量的系統(tǒng)，測量時在菌液中加入一定劑量藥品，37℃恒溫條件下，在6h或更長時間內(nèi)測量并記錄菌液濁度變化，根據(jù)藥典中一劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線法、二劑量法或三劑量法[1-2]對藥物效價進(jìn)行測量[3-4]。

目前，北京潮聲公司已經(jīng)推出基于濁度法抗生素效價測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)置單色儀，采用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使樣品室轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)對每個樣品濁度測量，系統(tǒng)一共有42個測量單元，該系統(tǒng)為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，易產(chǎn)生重復(fù)性誤差，且單色系統(tǒng)長時間工作易產(chǎn)生光強(qiáng)波動從而造成測量誤差。

本文提出一種新的抗生素效價測量系統(tǒng)設(shè)計方法，特點是采用發(fā)光二極管做為光源，系統(tǒng)中沒有活動部件，并且對光強(qiáng)波動進(jìn)行校正。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)包括4個部分：恒溫子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)（由35個測量單元構(gòu)成）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)，其中恒溫子系統(tǒng)是定制，溫度恒溫范圍是37℃± 0.2℃。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過USB通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，由Labview編寫計算機(jī)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時顯示結(jié)果。

1.1 測量單元基本結(jié)構(gòu)

測量子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)核心；該部分有35個測量單元，每個單元結(jié)構(gòu)完全一致，如圖2所示。

綠色發(fā)光二極管前面放置直徑為2mm光闌，作為光束口徑限制，發(fā)光二極管燈絲中心位置放在準(zhǔn)直物鏡（鏡焦距為5mm）焦點上，產(chǎn)生平行光射入菌液，經(jīng)過菌液吸收，出射平行光被匯聚透鏡匯聚由硅光電池接收。

系統(tǒng)中所使用樣品池為10mm×20mm×150mm樣品池，高于且寬于標(biāo)準(zhǔn)10mm×10mm×50mm樣品池，主要由于試樣體積較大，傳統(tǒng)樣品池容量太小。

每個測量單元底部裝有一個電機(jī)，電機(jī)上裝有磁鐵，在樣品池內(nèi)加入磁珠，當(dāng)磁鐵隨電機(jī)轉(zhuǎn)動時，磁珠在樣品池內(nèi)轉(zhuǎn)動，從而帶動液體轉(zhuǎn)動，可以防止菌液中懸濁物固化在樣品池內(nèi)壁上影響測量。

1.2 發(fā)光二極管驅(qū)動電路設(shè)計

系統(tǒng)工作時，要在恒溫37℃條件下連續(xù)工作6h或更長，因此光強(qiáng)穩(wěn)定性異常重要，如果光強(qiáng)發(fā)生偏差，則必會造成很大測量誤差。為保證發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用恒流源驅(qū)動發(fā)光二極管，因發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度與流經(jīng)二極管電流近似成線性關(guān)系，只要保證電路中電流恒定，即可保證發(fā)光二極管光強(qiáng)穩(wěn)定性。電路如圖3所示。

電源電壓為+5V，電阻R1和R2阻值可以選擇為5K歐姆，A電位為2.5V，根據(jù)虛短概念B點電位也為2.5V，C點電位也為2.5V，R3阻值為2.5K歐姆，三極管射級電流為1mA恒流，基極電流與射級電流相等，也為1mA，用來驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。R3可以改為電位器，可以根據(jù)實際情況改變R3阻值，從而改變發(fā)光二極管亮度。

2 數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集由阿爾泰公司數(shù)據(jù)采集卡PCI-2318實現(xiàn)，為采樣速率100KSPS12位數(shù)據(jù)采集卡，由于系統(tǒng)有35個通道，因此，在采集卡前方放置一個多通道模擬開關(guān)，通過開關(guān)選擇測量哪一個通道濁度。結(jié)構(gòu)如圖4所示。參比信號為通道1，每次測量時，同時采集參比信號與被測信號，按公式（2）計算后得到結(jié)果。

3 系統(tǒng)標(biāo)定實現(xiàn)

對于每一個被測單元，均需要對其進(jìn)行定標(biāo)。定標(biāo)基本方法為，配置6種不同吸光度菌液，分別為0.1個、0.3個、0.5個、0.7個、0.9個、1.1個吸光度[5-6]，菌液吸光度值均由標(biāo)準(zhǔn)紫外可見分光光度計（TU1901）測定，將標(biāo)準(zhǔn)吸光度菌液放入每個被測通道中，得到實際測量結(jié)果，實測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果用最小二乘法擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，實際測量時，測得被測值帶入公式中，可得到標(biāo)準(zhǔn)吸光度值[7-9]。

4 實驗

我國藥典規(guī)定，可以采用一劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線法、二劑量法和三劑量法計算某種藥品效價，本次實驗中采用一劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線法。配置5種不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品（分別為10%、20%，30%，40%，50%），這些標(biāo)準(zhǔn)樣品每種濃度配置5份，5種不同濃度標(biāo)準(zhǔn)品共25份，分別以相同劑量加入菌液中，被測樣品同樣配置5份，整個實驗需30個測量單元，在37℃恒溫條件下連續(xù)6 h測量并記錄濁度，每個5min記錄濁度測量結(jié)果，具體測量過程如圖5所示。

攪拌防止懸濁物質(zhì)凝固在樣品池池壁上影響光透射，停止攪拌后等待110s目的是攪拌后液體徹底穩(wěn)定，防止液體中存在漩渦等影響濁度測量。濁度測量結(jié)束后等待140s，保證每個測量周期為5min（300s），共進(jìn)行6 h測量（也可以根據(jù)需要進(jìn)行其他時長測量，如10h），共72次測量，保存每次測量結(jié)果以備未來查看。圖6為某幾個通道測量數(shù)據(jù)顯示。

測量完畢后以濁度值平均值和標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度負(fù)對數(shù)值進(jìn)行擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。將被測樣品濁度值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線即可得到其效價。以北京潮聲公司效價測量儀為定標(biāo)儀器，可以確定本系統(tǒng)效價測量準(zhǔn)確度為3%。（實驗中所有操作均由國內(nèi)某省級藥檢所專業(yè)人員完成）

5 小結(jié)

本文采用方法基于發(fā)光二極管抗生素效價測量，該方法特點是沒有活動部件，系統(tǒng)中所有元件均固定，免除移動部件可能帶來測量誤差，而且對光強(qiáng)波動進(jìn)行校正，系統(tǒng)一共35個測量單元，每個單元獨立且功能完全一致，使用方便，可以推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

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