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系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、生物醫(yī)藥技術(shù)領域涉及利用生物學原理進行藥物發(fā)現(xiàn)、疾病診斷、療法開發(fā)及其他醫(yī)療相關(guān)應用的科技。該領域結(jié)合了分子生物學、生物化學、基因工程等多個學科，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制，并開發(fā)能夠針對這些機制的生物制藥產(chǎn)品和診斷工具。該領域的重大突破包括基因編輯技術(shù)、個性化醫(yī)療、再生醫(yī)學以及通過生物標志物進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性化的治療方案，也推動了醫(yī)療健康行業(yè)的快速發(fā)展和創(chuàng)新。

2、其中，生物活性檢測系統(tǒng)涉及開發(fā)和使用一種特定的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用外泌體中的生物標志物來評估和監(jiān)測生物活性，外泌體是細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，能夠反映出細胞的生理和病理狀態(tài)。這種檢測系統(tǒng)通過識別和分析外泌體中的特定生物標志物，可以用于疾病的早期診斷、療效監(jiān)測和病理研究。其主要應用包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病的診斷等領域，是生物醫(yī)藥技術(shù)中的一個前沿和高度創(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，從而實現(xiàn)更精準的治療和更有效的病情管理。

3、現(xiàn)有的生物活性檢測系統(tǒng)在生物醫(yī)藥技術(shù)領域雖然已經(jīng)取得了重大進展，但在細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志物篩選，而不是針對性的分析，這導致數(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的捕捉方面，現(xiàn)有技術(shù)由于信號解析度不足而難以滿足臨床需求，現(xiàn)有的信號處理方法未能充分優(yōu)化信號中的噪聲與信號比，常導致數(shù)據(jù)質(zhì)量受影響，進而影響最終的健康評估結(jié)果，技術(shù)限制不僅延遲疾病的診斷時間，也影響療效的評估和疾病管理的效率，在處理細胞外泌體所含生物分子的高通量數(shù)據(jù)時，現(xiàn)有技術(shù)的處理速度和準確性仍有待提升。

技術(shù)實現(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，而提出的一種基于外泌體的生物活性檢測系統(tǒng)。

2、為了實現(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系統(tǒng)包括：

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

4、生物活性識別模塊通過接收所述抗體配準數(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強度，獲取原始生物電信號，分析所述原始生物電信號，識別生物標記，并量化其活性，獲取活性識別數(shù)據(jù)；

5、信號處理模塊處理所述活性識別數(shù)據(jù)，將原始生物電信號處理為數(shù)字化活性信號并進行分析，測量信號中的活性變化，獲取數(shù)字化活性信號，通過所述數(shù)字化活性信號提取目標頻率信號，強化信號的活性響應可靠性，獲取強化后活性信號數(shù)據(jù)；

6、活性狀態(tài)分析模塊分析所述強化后活性信號數(shù)據(jù)，解析信號中的生物活性信息，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)對比，評估樣本的生物活性和健康狀況，生成生物活性健康評估結(jié)果。

7、作為本發(fā)明的進一步方案，所述抗體配準數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

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

9、;

10、計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，是第個抗體的蛋白質(zhì)識別概率，是第個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，標記關(guān)鍵生物分子，使用標記效率計算公式：

15、;

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

17、作為本發(fā)明的進一步方案，所述原始生物電信號的獲取步驟具體為：

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

19、;

20、計算得到抗體的綁定評分，其中，代表第個抗體的綁定強度，代表第個抗體的權(quán)重因子，表示抗體的綁定評分；

21、利用所述抗體的綁定評分調(diào)節(jié)生物傳感器陣列的設置，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強度變化，通過電信號響應模型，采用公式：

25、;

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

27、作為本發(fā)明的進一步方案，所述活性識別數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

28、分析所述原始生物電信號，并識別生物標記的潛在活性，計算信號的統(tǒng)計特征，采用均值分析公式：

29、;

30、得到加權(quán)均值，其中，表示第個信號的強度，表示第個信號的對應權(quán)重，是加權(quán)均值，n為總信號數(shù)量；

31、利用所述加權(quán)均值進行閾值判斷，使用增強型比較公式：

32、;

33、通過標準化處理增強信號與閾值的比較精度，生成信號的標準化評分，其中，是信號的標準化評分，是預期均值，是標準差，是加權(quán)均值；

34、根據(jù)所述信號的標準化評分，確定生物標記的活性程度，并量化為識別數(shù)據(jù)，采用量化公式：

35、;

36、獲取活性識別數(shù)據(jù)，其中，是活性識別數(shù)據(jù)，是量化系數(shù)，是信號的標準化評分。

37、作為本發(fā)明的進一步方案，所述數(shù)字化活性信號的獲取步驟具體為：

38、處理所述活性識別數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計分析轉(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，采用對數(shù)變換增強動態(tài)范圍，應用公式：

42、;

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

44、測量所述處理后的數(shù)字信號中的活性變化，應用差分分析公式：

45、;

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

47、作為本發(fā)明的進一步方案，所述強化后活性信號數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

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

49、;

50、生成目標頻率下的加權(quán)信號，其中，是在第個時間點的信號強度，是目標頻率，是相位調(diào)整參數(shù)，是時間點總數(shù)，是目標頻率下的加權(quán)信號；

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

52、;

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

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

55、;

56、通過對數(shù)轉(zhuǎn)換減少信號的動態(tài)范圍，強化數(shù)據(jù)的處理效率和可讀性，得到強化后活性信號數(shù)據(jù)，其中，是強化后活性信號數(shù)據(jù)，是高通濾波后的信號。

57、作為本發(fā)明的進一步方案，所述外泌體活性狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取步驟具體為：

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

59、;

60、生成頻譜權(quán)重的信號特征值，其中，表示第個數(shù)據(jù)點的信號強度，是第個數(shù)據(jù)點對應的加權(quán)系數(shù)，是數(shù)據(jù)點的總數(shù)，是頻譜權(quán)重的信號特征值；

61、使用線性回歸模型對所述頻譜權(quán)重的信號特征值進行分析，估計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)化對生物活性的預測精度，生成活性狀態(tài)指標，其中，是活性狀態(tài)指標，和是模型系數(shù)，是頻譜權(quán)重的信號特征值；

64、將所述活性狀態(tài)指標通過邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換，并標準化到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。

67、作為本發(fā)明的進一步方案，所述生物活性健康評估結(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)進行比對，利用公式：

69、;

70、計算兩者間的加權(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)計特性，并評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)的一致性評估結(jié)果；

74、基于所述生物活性數(shù)據(jù)的一致性評估結(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)計結(jié)果轉(zhuǎn)換為百分比評分，生成生物活性健康評估結(jié)果，其中，是生物活性健康評估結(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)的一致性評估結(jié)果。

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

78、本發(fā)明中，通過對外泌體中的生物標志物進行精確標記和捕獲，能夠?qū)崿F(xiàn)更早期的疾病診斷和更準確的病情監(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，使得從細胞外泌體中提取的生物信號更加豐富和具有針對性，通過電信號的強化和優(yōu)化處理，確保從生物標記獲得的數(shù)據(jù)不僅穩(wěn)定而且可靠，極大提高信號的解析度和診斷的準確度，該技術(shù)手段提取的目標頻率信號進一步強化了信號的活性響應，使得即使是微弱的生物活性變化也能被有效捕獲和分析。通過這種精細化的生物活性解析，可以在無需侵入式操作的前提下，對病理狀態(tài)進行早期識別，對治療方案的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐，不僅提高診斷速度，還降低誤診率。