CN101514962A - 荧光标记免疫试纸条检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明的荧光标记免疫试纸条检测器属于荧光标记免疫样品检测的技术领域。结构有光学系统、测试架(1)，壳体(8)，数据采集系统和控制系统；所述的光学系统，有激发光源(3)，滤光片(4)和弱光CCD传感(6)；所述的数据采集系统，由弱光CCD传感器数据采集电路和PC机组成；所述的控制系统，由光负反馈恒定光强自动控制电路组成。本发明有两种激发光源模式，可切换2～4种波长的激发，结构简单合理，操作方便，满足不同的测试要求；可一次获得试纸条上检测带和质控带两个荧光标记线细节分布情况；可提高CCD荧光标记线成像亮度；提高检测灵敏度；试纸条检测时间小于1分钟。
Description
技术领域
本发明属于荧光标记免疫样品检测的技术领域，涉及一种荧光标记免疫试纸条检测器，该装置可对荧光标记免疫试纸条进行检测与结果判读，从而实现对抗原、抗体、违禁药品、致病细菌、病毒等多种目标被检物的定性与定量检测。
背景技术
由于荧光光谱的灵敏度高、选择性好，对分子荧光方面的研究更是十分活跃Santra(Santra，S.；Zhang，P.；Wang，K.；Tapec，R.；Tan，W.，Anal.Chem.2001，73，4988.)等人曾将老鼠的antihuman CD 10抗体共价偶联到表面修饰的钌配合物染料掺杂的二氧化硅纳米粒子上，然后偶联上抗体的粒子与单核淋巴目标细胞共同孵育。在洗去未偶联上的粒子后，目标白血病的细胞就能被粒子标记出来。在溶液中混入非目标细胞，发现这种方法检测白血病细胞具有很好的选择性。Eu掺杂二氧化硅纳米粒子已被Tan等人发展(M.Tan，G.Wang，X.Hai，Z.Ye and J.Yuan，J.Mater.Chem.2004，14，2896.)，这种粒子首先修饰上亲和素，然后与生物素化的抗体在表面偶联。抗体-粒子复合物被用来以夹心形式的时间分辨荧光免疫层析(TR-FIA)方法，来检测癌胚抗原(CEA)和肝炎B表面抗原(HBsAg)。Zhao等人(Zhao，X.Proc.Natl.Acad.Sci.，USA 2004，101，15027.)也用染料掺杂二氧化硅纳米粒子的方法检测单个细菌。二氧化硅所掺杂的是联吡啶钌，粒子表面修饰特异的抗体抗E.coli O 157：H7。在优化条件下，单个的致病E.coli O 157：H7细菌能够在二十分钟内从复合基质中被检测出来。
目前荧光试纸条也广泛应用于抗原、抗体等目标待测物的检测。在荧光标记免疫试纸条上，检测带颜色的深浅反映了被检测物质浓度的高低，
然而目前人们一般是通过目测粗略估计荧光标记免疫试纸条上的测试带和质控带颜色的深浅，不能定量测量，只能定性测量。此外由于在先的检测荧光标记免疫试纸条的激发光源都为单一的较大的紫外灯，光源强度较弱，难以将光集中到荧光标记免疫试纸条的测试带和质控带，造成检测灵敏度相对较低，对荧光标记免疫试纸条的荧光亮度要求也很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，设计一种荧光标记免疫试纸条检测器，能对荧光标记免疫试纸条进行检测与结果判读，实现定量测量和提高检测灵敏度。
本发明的具体技术方案可参考图1、图7，如下所述：
一种荧光标记免疫试纸条检测器，结构有包括激发光源的光学系统、测试架1，壳体8，其特征在于，结构还有数据采集系统和控制系统；
所述的测试架1位于壳体8内，其上放置待测的荧光标记免疫试纸条；壳体8侧面开口，使荧光标记免疫试纸条通过开口插入放置在测试架1上；
所述的光学系统，有激发光源3，滤光片4和弱光CCD传感器6；激发光源3发出的光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上，激发的荧光信号再经过滤光片4透射，由弱光CCD传感器6接收；
所述的数据采集系统，由弱光CCD传感器的数据采集电路和PC机组成；软件由图像处理、分析计算、人机界面组成；
所述的控制系统，由激发光源恒定光强自动控制电路组成；所述的恒定光强自动控制电路，为光负反馈恒定光强自动控制电路；主要由两个运算放大器U1A和U1B(LM358)、光电二极管(ALSIC380)、三极管Q1(9018)、稳压管Z1(2DW232)和电位器W(10KΩ)组成；其中，稳压管Z1和电位器W并联后一端接地，另一端经电阻R1接12V直流电源；运算放大器U1B的输出端接三极管Q1的基极，同向输入端接电位器W的抽头端，反向输入端经电阻R2接运算放大器U1A的输出端；三极管Q1的发射极经电阻R4接地，电阻R3连接在运算放大器U1B的反向输入端和三极管Q1的发射极之间；激发光源(发光二极管)连接在12V直流电源和三极管Q1的集电极之间；运算放大器U1A的4脚和同向输入端接地，8脚接12V直流电源；运算放大器U1A的同向输入端和反向输入端分别接光电二极管的正、负端，运算放大器U1A的反向输入端和输出端之间接并联的电阻R5、电容C2；激发光源(发光二极管)发出的光线照射在光电二极管上。
本发明的激发光源3可以由LED直射激发光源构成或由光纤束导光的LED激发光源构成；
所述的LED直射激发光源由2～4个LED组成，固定于所述的测试架1上的荧光标记免疫试纸条的检测带和质控带的上方；
所述的光纤束导光的LED激发光源，结构可以参见图2，由4～16个LED激发光源3和2～4条光纤14组成，LED激发光源3发出的光经光纤14照射到测试架1上的荧光标记免疫试纸条的检测带和质控带上。
本发明的光纤束导光的LED激发光源，通过激发光源切换器切换2～4种波长的激发光；激发光源切换器的结构可以参见图4：在圆柱形箱体12中自下而上装有光纤支撑圆盘13、聚光镜支撑盘20和激发光源固定板18；光纤支撑圆盘13上固定有光纤14的端头、光纤14的另一端发出的光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上；聚光镜支撑盘20上装有聚光镜15；激发光源固定板18上装有激发光源3和控制激发光源3发光的激发光源电路板17，激发光源3有2～4组，每组激发光源3的激发光波长相同，每组激发光源的2～4个激发光源3沿激发光源固定板18的半径方向排列；光纤14、聚光镜15与同种波长的激发光源3在位置上是上下相对的；电路板固定板18的中心同轴线固定有切换手柄21，通过切换手柄21进行转角±180°的双向旋转使各组激发光源3与聚光镜15上下相对。
前述的滤光片是对激发光全反和对荧光全透的膜板。
前述的弱光CCD传感器可以选用日本产品OLYMPUS DP72。
本发明的工作情况如下：所述的激发光源发出的光照射到试纸条的检测带和质控带，激发出荧光。被激发出的荧光经过滤光片去噪后成像在弱光CCD传感器的成像镜头9上，从而使试纸条上的荧光由弱光CCD传感器的成像镜头9成像。弱光CCD传感器的数据采集电路将荧光分布的光信号转换为电信号，送入PC机进行分析。
数据采集系统的基本工作过程：由弱光CCD传感器的数据采集电路采集的图像，通过USB接口连续传输到PC计算机，自动或手动操作截取荧光标记免疫试纸条图像，经过对静态图像去噪声、边缘锐化后，定量计算检测出测试带和质控带颜色，用曲线和数值两种形式显示被测物质浓度。
与在先技术相比本发明的技术效果如下：
1.LED激发光源式或光纤束导光的LED激发光源式两种激发光源模式，结构简单合理、可满足不同的测试要求。
2.光纤束导光的LED激发光源式免疫试纸条检测可切换2-4种波长的激发光，满足于不同激发波长的荧光试纸条。
3.采用弱光CCD传感器作为荧光图象传感器，可一次获得试纸条上检测带和质控带两个荧光标记线细节分布情况；适当改变图像曝光时间进行时间积分可提高CCD荧光标记线成像亮度；适当加宽荧光标记线通过图像面积积分可提高检测灵敏度；用CCD成像法可以准确选取荧光标记线信号进行分析，可避免光电法检测中的因光学聚焦带来的背景光影响。
4.采用多个LED或光纤束导光的LED作为激发光源，激发光强度可调，激发光增强时可以激发出相对较弱的荧光信号，对试纸条制备要求降低，检测灵敏度提高。
5.操作简单，不用机械移动可一步测试出试纸条上检测带和质控带的两个荧光信号强度，并给出定量信息。
6.试纸条检测时间小于1分钟。
附图说明
图1是本发明LED直射激发光源式荧光检测器主体剖面图。
图2是本发明光纤束导光的多波长LED激发光源式荧光检测器主体剖面图。
图3是本发明激发光源切换器中的激发光源3在激发光源固定板18上的排列图。
图4是本发明光纤束导光的多波长LED激发光源式荧光检测器的激发光源切换器总体剖面图。
图5是本发明数据处理算法流程图。
图6是本发明实施例4对荧光标记试纸条的测试结果图。
图7是本发明的恒定激发光强自动控制电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不以此限制本发明的保护范围。
实施例1
参阅图1，图1给出本发明LED直射激发光源式荧光检测器主体剖面图，由图1可见LED直射激发光源荧光检测器主体包括：测试架1，用于放置待测的荧光标记免疫试纸条；激发光源支撑架2，在激发光源支撑架2上安装激发光源3；激发光源3，可以使用LED，LED激发光源3发出的光照射在待测的荧光标记试纸条的测试带和质控带上；滤光片4；弱光CCD传感器支撑架5；弱光CCD传感器6；壳体盖7，壳体8；成像镜头9是弱光CCD传感器6的一个部件。
由激发光源3、滤光片4、弱光CCD传感器6和成像镜头9构成光学系统。
除图1画出的结构外，LED直射激发光源式荧光检测器还有数据采集系统和控制系统。
所述的数据采集系统，由弱光CCD传感器的数据采集电路和PC机组成；软件由图像处理、分析计算、人机界面组成；其构成与现有的测试装置的数据采集系统相同。
所述的控制系统，由激发光源恒定光强自动控制电路组成；具体电路见图7，用于控制激发光源的稳定工作，输出恒定光强。
壳体8侧面开口，使荧光标记免疫试纸条通过开口横向插入，放置在测试架1上以进行测试；测试完毕能够将荧光标记免疫试纸条拉出壳体8，以更换新的被测样品。
激发光源3发出的光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上，荧光试纸条的荧光信号经过所述的滤光片4后由安装在弱光CCD传感器支撑架5上的弱光CCD传感器6处理成像，进行成像检测。弱光CCD传感器输出端通过USB接口连接到PC机，由PC机给出浓度值和浓度曲线。
实施例2
参阅图2，图2给出本发明光纤束导光的多波长LED激发光源式荧光检测器剖面图，附图标记与图1相同；光纤束导光的多波长LED激发光源式荧光检测器与图1不同之处为：将“直射”的激发光源改为光纤传导的光源，即，图2中，激发光源3照射在光纤14一端，通过光纤束11，再由光纤14另一端导光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上。
其工作过程同实施例1的LED直射激发光源式荧光检测器工作过程。
实施例3
为了实现多波长检测，在实施例2中的光纤束11的输入光的一端装有激发光源切换器。
所述的光纤束导光的多波长LED激发光源由2-4条光纤14组成，将经光纤14传导的光照射到试纸条检测带和质控带的上方，所述的光纤束导光的多波长LED激发光源通过所述的激发光源切换器切换2-4种波长的激发光。
参见图4，图4给出激发光源切换器的结构。
光纤式多波长激发光源荧光检测器的激发光源切换器包括：光纤束11，箱体12，可以是圆柱形的，光纤支撑圆盘13，光纤14，聚光镜15，激发光源3，激发光源电路板17，激发光源固定板18，箱体盖19，聚光镜支撑盘20，切换手柄21。
所述的激发光源3为LED光源，所述的激发光源3与激发光源电路板17相连接，并且都固定在激发光源固定板18上；所述的激发光源3发出的光经过聚光镜15照射到光纤14的一个端头；所述的光纤14固定在光纤支撑圆盘13上；所述的聚光镜15固定在聚光镜支撑盘20上，与光纤14的端头一一上下相对；所述的激发光源固定板18可通过切换手柄21进行转角±180°的双向旋转，通过切换手柄21双向旋转，使各组激发光源3与聚光镜15上下相对。所述的光纤14捆成光纤束11，光纤14的另一端可以置于光纤束导光的多波长LED激发光源式荧光检测器主体内的激发光源支撑架2上，以便光纤14传导的光照射到待测的荧光标记免疫试纸条上。
激发光源3可以安排2～4组，图4中画出的是4组，每组激发光源3的激发光波长相同，每组激发光源的2～4个激发光源3沿激发光源固定板18的半径方向排列。图3给出每组激发光源有4个激发光源3，在4组激发光源中相邻的两组激发光源沿激发光源固定板18的半径方向相互垂直排列；光纤14、聚光镜15与同种波长的激发光源3在数量上可以相等，在位置上应当上下相对；图3和图4中画出的光纤14、聚光镜15与同种波长的激发光源3的数量均为4个。
实施例4
参阅图5，图5是本发明数据处理算法流程图，首先启动图象采集程序，选择处理图象的路径，显示处理图象，选择分析区域，并将该区域显示于分析窗口，开始分析给出浓度值和浓度曲线。
参阅图6，图6是本发明对荧光标记试纸条的一次测试结果图，从图6中可以看到试纸条上显示测试带和质控带两条亮带。从分析区域亮度图可以读出测试带和质控带的相对亮度。在实际测试时，根据标准工作曲线即可得出被检物的浓度。
实施例5
本发明的恒定激发光强自动控制电路见图7。
图7中，W是发光二极管的工作电流调节电位器，ALSIC380光电二极管作为光电检测器件，LM358为运算放大器，稳压管2DW232采用温度补偿稳压管，三极管9018用来提高带负载能力。
恒定激发光强自动控制电路基本工作过程：此电路为光负反馈恒定光强自动控制电路，当调节电位器W使发光二极管工作电流稳定后，Ua点电压就稳定。如果有扰动使发光二极管发光强度增加，反馈到光电二极管后，光电流Ib增加，放大器U1A的1脚输出电压Uf增加，由于Ua是稳定的，Uf接入放大器U1B反相输入端，Uf的增加使得输出Uc降低，从而使发光二极电流I 1降低，也就使发光二极管发光强度降低，达到了光的恒定。即：
过程：当发光二极管光强↑-Ib↑-Uf↑-Uc↓-Il↓-发光二极管光强↓；
反之：当发光二极管光强↓-Ib↓-Uf↓-Uc↑-Il↑-发光二极管光强↑；达到恒定激发光强控制的目的。
Claims (3)
1、一种荧光标记免疫试纸条检测器，结构有包括激发光源的光学系统、测试架(1)，壳体(8)，其特征在于，结构还有数据采集系统和控制系统；
所述的测试架(1)位于壳体(8)内，其上放置待测的荧光标记免疫试纸条；壳体(8)侧面开口，使荧光标记免疫试纸条通过开口插入放置在测试架(1)上；
所述的光学系统，有激发光源(3)，滤光片(4)和弱光CCD传感器(6)；激发光源(3)发出的光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上，激发的荧光信号再经过滤光片(4)透射，由弱光CCD传感器(6)接收；
所述的数据采集系统，由弱光CCD传感器的数据采集电路和PC机组成；软件由图像采集、处理、分析计算、人机界面组成；
所述的控制系统，由激发光源恒定光强自动控制电路组成；所述的恒定光强自动控制电路，为光负反馈恒定光强自动控制电路；主要由两个运算放大器U1A和U1B、光电二极管、三极管Q1、稳压管Z1和电位器W组成；其中，稳压管Z1和电位器W并联后一端接地，另一端经电阻R1接12V直流电源；运算放大器U1B的输出端接三极管Q1的基极，同向输入端接电位器W的抽头端，反向输入端经电阻R2接运算放大器U1A的输出端；三极管Q1的发射极经电阻R4接地，电阻R3连接在运算放大器U1B的反向输入端和三极管Q1的发射极之间；激发光源(3)连接在12V直流电源和三极管Q1的集电极之间；运算放大器U1A的4脚和同向输入端接地，8脚接12V直流电源；运算放大器U1A的同向输入端和反向输入端分别接光电二极管的正、负端，运算放大器U1A的反向输入端和输出端之间接并联的电阻R5、电容C2；激发光源(3)发出的光线照射在光电二极管上。
2、按照权利要求1所述的荧光标记免疫试纸条检测器，其特征在于，所述的激发光源(3)由LED直射激发光源或由光纤束导光的LED激发光源构成；
所述的LED直射激发光源由2～4个LED组成，固定于所述的测试架(1)上的荧光标记免疫试纸条的检测带和质控带的上方；
所述的光纤束导光的LED激发光源由4～16个LED激发光源(3)和2～4条光纤(14)组成，LED激发光源(3)发出的光经光纤(14)照射到测试架(1)上的荧光标记免疫试纸条的检测带和质控带上。
3、按照权利要求1或2所述的荧光标记免疫试纸条检测器，其特征在于，所述的光纤束导光的LED激发光源，通过激发光源切换器切换2～4种波长的激发光；激发光源切换器的结构是：在圆柱形箱体(12)中自下而上装有光纤支撑圆盘(13)、聚光镜支撑盘(20)和激发光源固定板(18)；光纤支撑圆盘(13)上固定有光纤(14)的端头、光纤(14)的另一端发出的光照射在待测的荧光标记免疫试纸条上；聚光镜支撑盘(20)上装有聚光镜(15)；激发光源固定板(18)上装有激发光源(3)和控制激发光源(3)发光的激发光源电路板(17)，激发光源(3)有2～4组，每组激发光源(3)的激发光波长相同，每组激发光源(3)的2～4个光源沿激发光源固定板(18)的半径方向排列；光纤(14)、聚光镜(15)与同种波长的激发光源(3)在位置上是上下相对的；电路板固定板(18)的中心同轴线固定有切换手柄(21)，通过切换手柄(21)进行转角±180°的双向旋转，使各组激发光源(3)与聚光镜(15)上下相对。
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