CN101498721B - 一种金标条的测量方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金标条测量方法，该方法首先绘制目标被检物的浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，然后将测量、计算得到的待测金标条上的比值Tod/Cod与标准工作曲线进行对比，并由此得出金标条上所滴加的样品中的被检物的浓度值。本发明还公开了一种金标条检测系统。与在先技术相比，本发明金标条检测系统具有测量速度快，数据处理处理速度快，结构简单，工作可靠性高，易于装校，且成本较低，对操作人员要求低，等优点。

Description

一种金标条的测量方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种金标条的测量方法，还涉及一种应用该测量方法的检测系统，本发明检测系统可对金标免疫试纸条进行即时判读，实现对目标被检物的定量检测，从而实现对传染病、病原体、媒介生物携带病原、癌症标志物、心脏病标志物、各种激素、农药/兽药残留的快速诊断与检测。

背景技术

金标免疫层析技术是一种将胶体金标记技术与免疫层析技术相结合的快速现场检测技术，已广泛应用于医学诊断、细菌探测、环境及食品安全监测(农药残留)、兽医诊断、毒品检测、药物筛选、生物反应过程的动态监测以及科学研究等领域。胶体金免疫层析试纸条(以下简称为金标条)是免疫层析反应发生的载体，金标条检测带上聚集着与目标被检物相结合的纳米金颗粒，通过对纳米金颗粒的定量测量，实现对目标被检物的定量检测。

纳米金颗粒具有吸光特性，在大量纳米金颗粒聚集时，会显示出红色。在先技术中，主要通过目视对金标条检测带的颜色深浅进行判读，实现对金标条上目标被检物的定性测量。上述在先技术的主要缺点是：①只能实现定性测量，不能实现定量测量；②判断结果受目视者的主观影响较大，而且目视者对检测带颜色较浅的金标条(目标被检物为弱阳性)的判断易出错。

针对上述缺点，我们曾经提出一种“金标免疫试纸条的反射式光度计”的发明专利申请(申请号：200610029498.X)，该光度计是利用扫描机构和光学系统实现对金标条的定量测量。上述在先技术的主要缺点为：①利用扫描机构对金标条进行定量测量，测量速度慢；②扫描机构较复杂，易发生故障；③光学系统较复杂，且较难调节；④数据量大，对软件、硬件要求较高；⑤用户操作较复杂，需要干预测量过程，如对测量曲线上的检测带和质控带的位置进行手动调节等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种金标条的测量方法，进一步地，本发明还提供一种简单、快速、灵敏的金标条检测系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种金标条测量方法，包括如下步骤：

(1)绘制目标被检物的浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，具体为：

①利用光源照射与待测金标条规格相同的标定试纸条，使光照强度在标定试纸条表面均匀分布，并且，在光源照射的同时，利用由PD阵列构成的接收装置采集标定试纸条上与待测金标条上的检测带、质控带、以及检测带和质控带之外的非功能区相对应的各部位表面产生的散射光信号S₁、S₂...S_n+2，1≤n≤3；

②将目标被检物用相应缓冲液进行梯度稀释，并依次用金标条上样；利用同样的光源照射每一个上样后的金标条，照射的同时，利用接收装置采集各金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n，St为检测带散射光信号，Sc为质控带散射光信号，Sa₁为第一个非功能区的散射光信号，Sa₂为第二个非功能区的散射光信号，Sa_n为第n个非功能区散射光信号；

③针对每一个金标条，将采集的该金标条上检测带、质控带、非功能区的散射光信号St，Sc，Sa₁，...Sa_n各自与在标定试纸条上相对应部位采集的散射光信号S₁，S₂...S_n+2进行比对，其中，S₁对应St，S₂对应Sc，S₃对应Sa₁，...S_n+2对应Sa_n，比对分别公式为：

Yt＝St/S₁，

Yc＝Sc/S₂，

Ya₁＝Sa₁/S₃，

……

Ya_n＝Sa_n/S_n+2，

得到比对后的结果Yt，Yc，Ya₁，...Ya_n，

计算各金标条Ya₁，...Ya_n的平均值Ya，并由公式

$\begin{array}{cc}\mathrm{Tod}& \lg \frac{\mathrm{Yt}}{\mathrm{Ya}}\end{array},$ $\begin{array}{cc}\mathrm{Cod}& \lg \frac{\mathrm{Yc}}{\mathrm{Ya}}\end{array}$

求出各金标条上检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod；

④最后，根据各金标条所对应的被检物的浓度，以及各金标条检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod，绘制目标被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线；

(2)对滴加有样品的金标条上的被检物的浓度进行测量：

首先，用与步骤(1)相同的光源照射待检金标条，并利用同样的接收装置采集该金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n；然后，按与步骤(1).③相同的步骤计算出待检金标条的检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod，并计算比值Tod/Cod；最后，根据步骤(1).④绘制的标准工作曲线，得到金标条上所滴加的样品中的被检物的浓度值。

进一步，在所述步骤(1).②中，当目标被检物为蛋白类样品时，用缓冲液进行稀释的浓度梯度为四倍差别，当目标被检物为细菌、病毒培养物时，稀释时的浓度梯度为十倍差别。

进一步，在所述步骤(1)中，所述光源以扫描的形式覆盖所照射标定试纸条或金标条的整个表面，或者，一次照射即覆盖所照射标定试纸条或金标条的整个表面。

一种金标条检测系统，包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理单元，其中，

所述的标定试纸条表面性质均匀，用于在金标条检测系统对待检金标条进行定量测量前，对其上的照明部件和光信号接收部件进行标定；

所述的照明部件用于照射标定试纸条和待测金标条，并在标定试纸条和金标条表面形成高亮度且光强均匀分布的光斑；

所述的接收部件为PD阵列，用于感应标定试纸条和待测金标条表面在所述照明部件照射下产生的散射光信号；

所述的遮光装置设置在接收部件和标定试纸条或待测金标条之间，遮光装置上设置有透孔，接收部件通过与遮光装置上的透孔相配合，分别对待测金标条上各功能区域和功能区域之外的空白区域、以及标定试纸条上与待测金标条上各区域相对应区域的散射光信号进行采集；

所述的信号处理系统主要用于对接收装置采集的散射光信号进行处理和运算，并最终得出金标条上目标被检物的浓度。

进一步，所述遮光装置上的透孔为矩孔。

进一步，所述遮光装置上设置有矩孔阵列，该阵列中包含有若干个分别与金标条上的各功能区域和功能区域之外的空白区域一一对应的矩孔，接收部件分别与矩孔阵列中的各矩孔相配合，实现对待测金标条或标定试纸条上各不同区域散射光信号的采集。

进一步，所述待测金标条上的功能区域包括检测带、质控带，构成所述接收装置的PD阵列中包含一个用于感应金标条上检测带散射光的PD像元、一个用于感应金标条上质控带散射光的PD像元，以及用于感应功能区域之外的空白区域散射光的PD像元。

进一步，所述待测金标条上设置有若干个空白区域，相应地，所述遮光装置上的矩孔阵列中包含有若干个分别与所述空白区域一一对应的矩孔，所述PD阵列中包含有若干个分别与所述若干个空白区域一一对应的PD像元。

进一步，所述照明部件为由LED发光器件及其驱动电路构成的条形光源。

使用本发明金标条检测系统对待测金标条进行定量测量的方法如下：

步骤一：将标定试纸条置于金标条检测系统中，并打开照明部件照射标定试纸条；

步骤二：利用PD阵列接收装置感应标定试纸条表面的散射光信号，PD阵列输出信号经信号处理系统滤波、放大和采集，得到如下信号S₁，S₂…S_n+2，1≤n≤3；

步骤三：取出标定试纸条，放入滴加了样品的金标条；

步骤四：PD阵列感应金标条表面各区域的散射光信号，PD阵列输出信号经信号处理系统滤波、放大和采集，得到如下信号：感应检测带散射光信号的PD像元的输出信号St，感应质控带散射光信号的PD像元的输出信号Sc，感应检测带和质控带之外的非功能区域散射光信号的PD像元的输出信号Sa₁，...Sa_n；

步骤五：将步骤四所得信号St，Sc，Sa₁，...Sa_n与步骤二中相对应PD像元的输出信号S₁，S₂...S_n+2分别进行比对，得到Yt，Yc，Ya₁，...Ya_n；

步骤六：求出Ya₁，...Ya_n的平均值Ya，求出待测金标条上的检测带散射光密度值Tod和质控带散射光光密度值Cod，计算比值Tod/Cod，最后，根据目标被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，得出样品中被检物的浓度值。

本发明与在先技术相比具有以下技术效果：

1、本发明金标条检测系统使用LED条形光源在金标条表面形成大范围高强度矩形光斑，使用PD阵列接收金标条表面散射光，测量速度明显快于在先技术。

2、使PD阵列中PD像元的个数与金标条上的检测带、质控带和金标条上检测带和质控带外的空白区域之间形成“一对一”的对应关系，这种检测对象与感应器件之间的“一对一”的方式所带来的好处是：数据量少，处理算法简单，用户无需对测量过程进行干预，对软件和硬件的要求低，且处理速度快。

3、本发明金标条检测系统结构简单，不但降低了成本，而且提高了系统的工作可靠性。

4、本发明金标条检测系统中采用LED条形光源直接对金标条进行照明，采用PD阵列直接接收金标条表面散射光，无光学系统，结构简单，易于装校，且成本较低。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为金标条结构示意图；

图3为标定试纸条结构示意图；

图4为条形光源结构示意图；

图5为矩孔阵列示意图；

图6为PD阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。

图1是本发明金标条检测系统原理示意图。

如图中所示，本发明金标条检测系统包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理系统，其中，

标定试纸条2为未发生免疫层析反应的空白试纸条，其结构请参阅图3，使用时标定试纸条2放置在图中待测金标条1所在的位置。待测金标条1为经纳米金颗粒标记的免疫层析试纸条，即待测金标条，其结构请参阅图2，待测金标条1上包括功能区域：检测带11、质控带12，还包括三个空白区域13、14、15。

照明部件由LED条形光源3和LED驱动电路4构成。LED条形光源3为两行或多行LED发光元件，请参阅图4。LED条形光源3发出的高亮度绿光照射在待测金标条1上，并在待测金标条1上形成高强度矩形光斑。LED驱动电路4为LED条形光源3提供恒定的驱动电流。

如图5所示，遮光装置5上设置有矩孔阵列，该矩孔阵列中包含5个矩孔51，5个矩孔51分别与待测金标条1上的检测带11、质控带12和三个空白区域13、14、15一一对应。

光信号接收部件6由PD阵列构成，PD阵列中包含有5个分别与矩孔阵列中的5个矩孔51一一对应的PD像元61，请参见图6。也就是说PD阵列中有一个PD像元61对应于待测金标条1上的检测带11，有一个PD像元61对应于待测金标条1上的质控带12，另三个PD像元61则分别对应于待测金标条1上的三个空白区域13、14、15。

矩孔阵列中各矩孔51的主要作用是分别允许待测金标条1上各自相对应区域的散射光信号被各自相对应的PD像元所感应，即，检测带11的散射光信号透过与其相对应的矩孔51被与该矩孔相对应的PD像元61所感应，质控带12的散射光信号则透过与其相对应的矩孔51被相应的PD像元61所感应，其他三个空白区域的散射光信号同样分别透过各自相对应的矩孔51被相应的PD像元61所感应。

信号处理系统7主要用于对PD阵列输出信号进行滤波、放大、采集，并对信号进行运算，最终得出待测金标条1上目标被检物的浓度值。

本发明检测系统的工作过程如下：

将标定试纸条2置于金标条检测系统中，接通金标条检测系统电源，此时，条形光源3出射光在标定试纸条2上形成高强度均匀矩形光斑。标定试纸条2表面散射光经矩孔阵列中的各矩孔51后直接照射在PD阵列6中的各个PD像元上。PD阵列6输出信号经信号处理系统7滤波、放大和采集，得到如下信号S₁，S₂...S_n+2，1≤n≤3。取出标定试纸条2，放入待测金标条1。PD阵列6感应待测金标条1表面散射光，输出信号经信号处理系统7滤波、放大和采集，得到如下信号：感应检测带11散射光信号的PD像元61的输出信号St，感应质控带12散射光信号的PD像元61的输出信号Sc，感应检测带11和质控带12之外三个空白区域13、14、15散射光信号的PD像元61的输出信号Sa₁，Sa₂...Sa_n。将信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n分别与对应的PD像元61输出信号S₁，S₂...S_n+2按如下公式进行比对，

Yt＝St/S₁，

Yc＝Sc/S₂，

Ya₁＝Sa₁/S₃，

……

Ya_n＝Sa_n/S_n+2，

得到Yt，Yc，Ya₁，Ya₂...Ya_n；求出Ya₁，Ya₂...Ya_n的平均值Ya；

求出检测带散射光密度Tod，计算公式为：

$\begin{array}{cc}\mathrm{Tod}& \lg \frac{\mathrm{Yt}}{\mathrm{Ya}}\end{array}$

求出质控带散射光对应的光密度值Cod，计算公式为：

$\begin{array}{cc}\mathrm{Cod}& \lg \frac{\mathrm{Yc}}{\mathrm{Ya}}\end{array}$

求比值Tod/Cod；最后，根据被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，给出待测金标条上被检物浓度值。

需要说明的是，本发明检测系统使用前，先要绘制被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，该标准工作曲线的绘制方式与上述待测金标条的测量过程基本相同，具体为：

①利用光源照射与待测金标条规格相同的标定试纸条，使光照强度在标定试纸条表面均匀分布，并且，在光源照射的同时，利用由PD阵列构成的接收装置采集标定试纸条上与待测金标条上的检测带、质控带、以及检测带和质控带之外的非功能区相对应的各部位表面产生的散射光信号S₁、S₂...S_n+2；

②将目标被检物用相应缓冲液进行梯度稀释，并依次用金标条上样；利用同样的光源照射每一个上样后的金标条，照射的同时，利用接收装置采集各金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n，St为检测带散射光信号，Sc为质控带散射光信号，Sa₁为第一个非功能区的散射光信号，Sa₂为第二个非功能区的散射光信号，Sa_n为第n个非功能区散射光信号；

③针对每一个金标条，将采集的该金标条上检测带、质控带、非功能区的散射光信号St，Sc，Sa₁，...Sa_n各自与在标定试纸条上相对应部位采集的散射光信号S₁，S₂...S_n+2进行比对，其中，S₁对应St，S₂对应Sc，S₃对应Sa₁，...S_n+2对应Sa_n，比对分别公式为：

Yt＝St/S₁，

Yc＝Sc/S₂，

Ya₁＝Sa₁/S₃，

……

Ya_n＝Sa_n/S_n+2，

得到比对后的结果Yt，Yc，Ya₁，...Ya_n，

计算各金标条Ya₁，...Ya_n的平均值Ya，并由公式

$\begin{array}{cc}\mathrm{Tod}& \lg \frac{\mathrm{Yt}}{\mathrm{Ya}}\end{array},$ $\begin{array}{cc}\mathrm{Cod}& \lg \frac{\mathrm{Yc}}{\mathrm{Ya}}\end{array}$

求出各金标条上检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod；

④最后，根据各金标条所对应的被检物的浓度，以及各金标条检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod，绘制目标被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线。

与在先技术相比，本发明的特点在于：采用LED条形光源照明，在金标条表面可形成高强度均匀矩形光斑；采用矩孔阵列滤除目标区域外的散射光；采用PD阵列接收金标条表面散射光，PD阵列中的PD像元与金标条上检测带、质控带和非功能区一一对应，数据量少，处理速度快，用户无需干预测量测量过程。本发明内无扫描结构和光学系统，结构简单，故障率低，较易调节。

Claims (9)

1.一种金标条测量方法，包括如下步骤：

(1)绘制目标被检物的浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，具体为：

①利用光源照射与待测金标条规格相同的标定试纸条，使光照强度在标定试纸条表面均匀分布，并且，在光源照射的同时，利用由PD阵列构成的接收装置采集标定试纸条上与待测金标条上的检测带、质控带、以及检测带和质控带之外的非功能区相对应的各部位表面产生的散射光信号S₁、S₂...S_n+2，1≤n≤3；

②将目标被检物用相应缓冲液进行梯度稀释，并依次用金标条上样；利用同样的光源照射每一个上样后的金标条，照射的同时，利用接收装置采集各金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n，St为检测带散射光信号，Sc为质控带散射光信号，Sa₁为第一个非功能区的散射光信号，Sa₂为第二个非功能区的散射光信号，Sa_n为第n个非功能区散射光信号；

③针对每一个金标条，将采集的该金标条上检测带、质控带、非功能区的散射光信号St，Sc，Sa₁，...Sa_n各自与在标定试纸条上相对应部位采集的散射光信号S₁，S₂...S_n+2进行比对，其中，S₁对应St，S₂对应Sc，S₃对应Sa₁，...S_n+2对应Sa_n，比对分别公式为：

Yt＝St/S₁，

Yc＝Sc/S₂，

Ya₁＝Sa₁/S₃，

......

Ya_n＝Sa_n/S_n+2

得到比对后的结果Yt，Yc，Ya₁，...Ya_n，

计算各金标条Ya₁，...Ya_n的平均值Ya，并由公式

、

求出各金标条上检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod；

④最后，根据各金标条所对应的被检物的浓度，以及各金标条检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod，绘制目标被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线；

(2)对滴加有样品的金标条上的被检物的浓度进行测量：

首先，用与步骤(1)相同的光源照射待检金标条，并利用同样的接收装置采集该金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc，Sa₁，Sa₂...Sa_n；然后，按与步骤(1).③相同的步骤计算出待检金标条的检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod，并计算比值Tod/Cod；最后，根据步骤(1).④绘制的标准工作曲线，得到金标条上所滴加的样品中的被检物的浓度值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1).②中，当目标被检物为蛋白类样品时，用缓冲液进行稀释的浓度梯度为四倍差别；当目标被检物为细菌、病毒培养物时，稀释时的浓度梯度为十倍差别。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述光源以扫描的形式覆盖所照射标定试纸条或金标条的整个表面，或者，一次照射即覆盖所照射标定试纸条或金标条的整个表面。

4.一种金标条检测系统，包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理单元，其中，

所述的标定试纸条表面性质均匀，用于在金标条检测系统对待检金标条进行定量测量前，对其上的照明部件和光信号接收部件进行标定；

所述的照明部件用于照射标定试纸条和待测金标条，并在标定试纸条和金标条表面形成高亮度且光强均匀分布的光斑；

所述的接收部件为PD阵列，用于感应标定试纸条和待测金标条表面在所述照明部件照射下产生的散射光信号；

所述的遮光装置设置在接收部件和标定试纸条或待测金标条之间，遮光装置上设置有透孔，接收部件通过与遮光装置上的透孔相配合，分别对待测金标条上各功能区域和功能区域之外的空白区域、以及标定试纸条上与待测金标条上各区域相对应区域的散射光信号进行采集；

所述的信号处理系统主要用于对接收装置采集的散射光信号进行处理和运算，并最终得出金标条上目标被检物的浓度。

5.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述遮光装置上的透孔为矩孔。

6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述遮光装置上设置有矩孔阵列，该阵列中包含有若干个分别与金标条上的各功能区域和功能区域之外的空白区域一一对应的矩孔，接收部件分别与矩孔阵列中的各矩孔相配合，实现对待测金标条或标定试纸条上各不同区域散射光信号的采集。

7.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述待测金标条上的功能区域包括检测带、质控带，构成所述接收装置的PD阵列中包含一个用于感应金标条上检测带散射光的PD像元、一个用于感应金标条上质控带散射光的PD像元，以及用于感应功能区域之外的空白区域散射光的PD像元。

8.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述待测金标条上设置有若干个空白区域，相应地，所述遮光装置上的矩孔阵列中包含有若干个分别与所述空白区域一一对应的矩孔，所述PD阵列中包含有若干个分别与所述若干个空白区域一一对应的PD像元。

9.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述照明部件为由LED发光器件及其驱动电路构成的条形光源。 

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