本發(fā)明涉及生物醫(yī)藥，尤其涉及一種基于外泌體的生物活性檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域涉及利用生物學(xué)原理進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)、疾病診斷、療法開發(fā)及其他醫(yī)療相關(guān)應(yīng)用的科技。該領(lǐng)域結(jié)合了分子生物學(xué)、生物化學(xué)、基因工程等多個(gè)學(xué)科，專注于研究和開發(fā)新的治療方法，以及改善現(xiàn)有的治療和診斷技術(shù)。生物醫(yī)藥技術(shù)的核心在于理解疾病的生物機(jī)制，并開發(fā)能夠針對(duì)這些機(jī)制的生物制藥產(chǎn)品和診斷工具。該領(lǐng)域的重大突破包括基因編輯技術(shù)、個(gè)性化醫(yī)療、再生醫(yī)學(xué)以及通過生物標(biāo)志物進(jìn)行疾病早期診斷等技術(shù)。生物醫(yī)藥技術(shù)不僅為患者提供了更為精確和個(gè)性化的治療方案，也推動(dòng)了醫(yī)療健康行業(yè)的快速發(fā)展和創(chuàng)新。

2、其中，生物活性檢測(cè)系統(tǒng)涉及開發(fā)和使用一種特定的檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用外泌體中的生物標(biāo)志物來評(píng)估和監(jiān)測(cè)生物活性，外泌體是細(xì)胞釋放到體液中的小囊泡，含有豐富的蛋白質(zhì)、rna和生物分子，能夠反映出細(xì)胞的生理和病理狀態(tài)。這種檢測(cè)系統(tǒng)通過識(shí)別和分析外泌體中的特定生物標(biāo)志物，可以用于疾病的早期診斷、療效監(jiān)測(cè)和病理研究。其主要應(yīng)用包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病的診斷等領(lǐng)域，是生物醫(yī)藥技術(shù)中的一個(gè)前沿和高度創(chuàng)新的研究方向。通過這種系統(tǒng)，科研人員和醫(yī)生可以更快地獲取關(guān)于疾病狀態(tài)的信息，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的治療和更有效的病情管理。

3、現(xiàn)有的生物活性檢測(cè)系統(tǒng)在生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域雖然已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但在細(xì)胞外泌體的利用上仍存在一些局限性，傳統(tǒng)方法依賴于廣泛的生物標(biāo)志物篩選，而不是針對(duì)性的分析，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)的泛濫和診斷的不精確。尤其是在早期疾病診斷和微弱生物活性信號(hào)的捕捉方面，現(xiàn)有技術(shù)由于信號(hào)解析度不足而難以滿足臨床需求，現(xiàn)有的信號(hào)處理方法未能充分優(yōu)化信號(hào)中的噪聲與信號(hào)比，常導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量受影響，進(jìn)而影響最終的健康評(píng)估結(jié)果，技術(shù)限制不僅延遲疾病的診斷時(shí)間，也影響療效的評(píng)估和疾病管理的效率，在處理細(xì)胞外泌體所含生物分子的高通量數(shù)據(jù)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的處理速度和準(zhǔn)確性仍有待提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于外泌體的生物活性檢測(cè)系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種基于外泌體的生物活性檢測(cè)系統(tǒng)包括：

3、抗體配置模塊基于目標(biāo)外泌體的蛋白質(zhì)和核酸特征，在生物傳感器陣列中，為每個(gè)通道選擇并固定生物活性敏感抗體，用于標(biāo)記關(guān)鍵生物分子，獲取抗體配準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

4、生物活性識(shí)別模塊通過接收所述抗體配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用生物傳感器陣列捕獲外泌體中的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，外泌體成分活性變化改變電信號(hào)強(qiáng)度，獲取原始生物電信號(hào)，分析所述原始生物電信號(hào)，識(shí)別生物標(biāo)記，并量化其活性，獲取活性識(shí)別數(shù)據(jù)；

5、信號(hào)處理模塊處理所述活性識(shí)別數(shù)據(jù)，將原始生物電信號(hào)處理為數(shù)字化活性信號(hào)并進(jìn)行分析，測(cè)量信號(hào)中的活性變化，獲取數(shù)字化活性信號(hào)，通過所述數(shù)字化活性信號(hào)提取目標(biāo)頻率信號(hào)，強(qiáng)化信號(hào)的活性響應(yīng)可靠性，獲取強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)；

6、活性狀態(tài)分析模塊分析所述強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)，解析信號(hào)中的生物活性信息，確定外泌體中核酸和蛋白質(zhì)的活性狀態(tài)，生成外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)，將所述外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)與健康狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)估樣本的生物活性和健康狀況，生成生物活性健康評(píng)估結(jié)果。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述抗體配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

8、基于目標(biāo)外泌體的蛋白質(zhì)和核酸特征，選擇匹配的生物活性敏感抗體，使用相容性評(píng)估公式：

9、;

10、計(jì)算抗體的相容性得分，得到抗體的初步選擇列表，其中，是抗體的相容性得分，是第個(gè)抗體的蛋白質(zhì)識(shí)別概率，是第個(gè)抗體與核酸特征的相容性指數(shù)，n表示抗體的總數(shù)；

11、基于所述抗體的初步選擇列表，固定生物活性敏感抗體到生物傳感器陣列的每個(gè)通道，使用固定優(yōu)化公式：

12、;

13、獲取抗體固定的優(yōu)化得分，是抗體與生物傳感器通道的距離系數(shù)，是固定閾值，是抗體固定的優(yōu)化得分，是抗體的相容性得分；

14、根據(jù)所述抗體固定的優(yōu)化得分，標(biāo)記關(guān)鍵生物分子，使用標(biāo)記效率計(jì)算公式：

15、;

16、獲取抗體配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其中，是標(biāo)記后的生物分子數(shù)量，是抗體數(shù)量，是標(biāo)記效率。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述原始生物電信號(hào)的獲取步驟具體為：

18、通過接收所述抗體配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)抗體與外泌體成分的結(jié)合信息，采用評(píng)分算法，采用公式：

19、;

20、計(jì)算得到抗體的綁定評(píng)分，其中，代表第個(gè)抗體的綁定強(qiáng)度，代表第個(gè)抗體的權(quán)重因子，表示抗體的綁定評(píng)分；

21、利用所述抗體的綁定評(píng)分調(diào)節(jié)生物傳感器陣列的設(shè)置，通過公式：

22、;

23、生成調(diào)整后的靈敏度閾值，其中，表示敏感性調(diào)整閾值，表示調(diào)整后的靈敏度閾值，表示抗體的綁定評(píng)分；

24、基于所述調(diào)整后的靈敏度閾值，通過調(diào)整后的生物傳感器陣列捕獲外泌體成分，外泌體成分活性引起電信號(hào)強(qiáng)度變化，通過電信號(hào)響應(yīng)模型，采用公式：

25、;

26、獲取原始生物電信號(hào)，其中，表示電壓變化量，表示基礎(chǔ)電阻，為調(diào)節(jié)系數(shù)，表示原始生物電信號(hào)，表示調(diào)整后的靈敏度閾值。

27、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述活性識(shí)別數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

28、分析所述原始生物電信號(hào)，并識(shí)別生物標(biāo)記的潛在活性，計(jì)算信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，采用均值分析公式：

29、;

30、得到加權(quán)均值，其中，表示第個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度，表示第個(gè)信號(hào)的對(duì)應(yīng)權(quán)重，是加權(quán)均值，n為總信號(hào)數(shù)量；

31、利用所述加權(quán)均值進(jìn)行閾值判斷，使用增強(qiáng)型比較公式：

32、;

33、通過標(biāo)準(zhǔn)化處理增強(qiáng)信號(hào)與閾值的比較精度，生成信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)分，其中，是信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)分，是預(yù)期均值，是標(biāo)準(zhǔn)差，是加權(quán)均值；

34、根據(jù)所述信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)分，確定生物標(biāo)記的活性程度，并量化為識(shí)別數(shù)據(jù)，采用量化公式：

35、;

36、獲取活性識(shí)別數(shù)據(jù)，其中，是活性識(shí)別數(shù)據(jù)，是量化系數(shù)，是信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)分。

37、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述數(shù)字化活性信號(hào)的獲取步驟具體為：

38、處理所述活性識(shí)別數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)分析轉(zhuǎn)換為適于數(shù)字處理的形式，執(zhí)行公式：

39、;

40、得到歸一化的活性數(shù)據(jù)，其中，和分別是數(shù)據(jù)集中的最小值和最大值，是從生物電信號(hào)提取的原始活性數(shù)據(jù)，是歸一化的活性數(shù)據(jù)；

41、將所述歸一化的活性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采用對(duì)數(shù)變換增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)用公式：

42、;

43、生成處理后的數(shù)字信號(hào)，其中是規(guī)避除零錯(cuò)誤的小常數(shù)，是處理后的數(shù)字信號(hào)，是歸一化的活性數(shù)據(jù)；

44、測(cè)量所述處理后的數(shù)字信號(hào)中的活性變化，應(yīng)用差分分析公式：

45、;

46、獲取數(shù)字化活性信號(hào)，其中，表示當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)，表示前一時(shí)間點(diǎn)的值，是數(shù)字化活性信號(hào)，是處理后的數(shù)字信號(hào)。

47、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

48、通過所述數(shù)字化活性信號(hào)，確定目標(biāo)頻率范圍并篩選關(guān)聯(lián)信號(hào)，執(zhí)行公式：

49、;

50、生成目標(biāo)頻率下的加權(quán)信號(hào)，其中，是在第個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，是目標(biāo)頻率，是相位調(diào)整參數(shù)，是時(shí)間點(diǎn)總數(shù)，是目標(biāo)頻率下的加權(quán)信號(hào)；

51、通過所述目標(biāo)頻率下的加權(quán)信號(hào)，使用高通濾波技術(shù)優(yōu)化信號(hào)中目標(biāo)頻率的信噪比，采用公式：

52、;

53、生成高通濾波后的信號(hào)，其中，是高通濾波后的信號(hào)，和是調(diào)節(jié)信噪比的參數(shù)，是目標(biāo)頻率下的加權(quán)信號(hào)：

54、基于所述高通濾波后的信號(hào)，通過動(dòng)態(tài)范圍壓縮技術(shù)，采用公式：

55、;

56、通過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換減少信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的處理效率和可讀性，得到強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)，其中，是強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)，是高通濾波后的信號(hào)。

57、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

58、從所述強(qiáng)化后活性信號(hào)數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵特征，利用頻譜分析技術(shù)確定信號(hào)的關(guān)鍵成分，執(zhí)行公式：

59、;

60、生成頻譜權(quán)重的信號(hào)特征值，其中，表示第個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，是第個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，是數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)，是頻譜權(quán)重的信號(hào)特征值；

61、使用線性回歸模型對(duì)所述頻譜權(quán)重的信號(hào)特征值進(jìn)行分析，估計(jì)外泌體中的核酸和蛋白質(zhì)活性狀態(tài)，采用公式：

62、;

63、通過調(diào)整參數(shù)優(yōu)化對(duì)生物活性的預(yù)測(cè)精度，生成活性狀態(tài)指標(biāo)，其中，是活性狀態(tài)指標(biāo)，和是模型系數(shù)，是頻譜權(quán)重的信號(hào)特征值；

64、將所述活性狀態(tài)指標(biāo)通過邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換，并標(biāo)準(zhǔn)化到0到100的范圍內(nèi)，采用公式：

65、;

66、獲取外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中，是外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)，是活性狀態(tài)指標(biāo)。

67、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述生物活性健康評(píng)估結(jié)果的獲取步驟具體為：

68、根據(jù)所述外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)，與健康狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，利用公式：

69、;

70、計(jì)算兩者間的加權(quán)差異，生成活性與健康狀態(tài)的差異值，其中，和是權(quán)重因子，表示外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)，表示健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，是活性與健康狀態(tài)的差異值；

71、分析所述活性與健康狀態(tài)的差異值的統(tǒng)計(jì)特性，并評(píng)估在生物活性方面的意義，通過公式：

72、;

73、生成生物活性數(shù)據(jù)的一致性評(píng)估結(jié)果，其中，是樣本數(shù)量，是活性與健康狀態(tài)的差異值，表示生物活性數(shù)據(jù)的一致性評(píng)估結(jié)果；

74、基于所述生物活性數(shù)據(jù)的一致性評(píng)估結(jié)果的值判斷生物樣本的健康狀況，采用公式：

75、;

76、通過邏輯回歸模型增加參數(shù)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)換為百分比評(píng)分，生成生物活性健康評(píng)估結(jié)果，其中，是生物活性健康評(píng)估結(jié)果，和是邏輯函數(shù)的調(diào)整參數(shù)，表示生物活性數(shù)據(jù)的一致性評(píng)估結(jié)果。

77、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

78、本發(fā)明中，通過對(duì)外泌體中的生物標(biāo)志物進(jìn)行精確標(biāo)記和捕獲，能夠?qū)崿F(xiàn)更早期的疾病診斷和更準(zhǔn)確的病情監(jiān)控，采用定向抗體配置，直接捕捉特定蛋白質(zhì)和核酸特征，使得從細(xì)胞外泌體中提取的生物信號(hào)更加豐富和具有針對(duì)性，通過電信號(hào)的強(qiáng)化和優(yōu)化處理，確保從生物標(biāo)記獲得的數(shù)據(jù)不僅穩(wěn)定而且可靠，極大提高信號(hào)的解析度和診斷的準(zhǔn)確度，該技術(shù)手段提取的目標(biāo)頻率信號(hào)進(jìn)一步強(qiáng)化了信號(hào)的活性響應(yīng)，使得即使是微弱的生物活性變化也能被有效捕獲和分析。通過這種精細(xì)化的生物活性解析，可以在無需侵入式操作的前提下，對(duì)病理狀態(tài)進(jìn)行早期識(shí)別，對(duì)治療方案的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐，不僅提高診斷速度，還降低誤診率。