CN101915839A - 一种金标试条的检测暗室及其应用方法 - Google Patents

一种金标试条的检测暗室及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金标试条的检测暗室及其应用方法，其包括由遮光板所制成的封闭的遮光盒、发光二极管、光电二极管，遮光盒的一侧壁上开有用于插入试条的侧壁开口，遮光盒内有多个与遮光盒开有侧壁开口的侧壁平行设置的且大小相同的遮光隔板，遮光隔板将遮光盒内部分隔成相互独立的隔间，遮光隔板均开有遮光隔板开口，且遮光隔板开口的位置与侧壁开口的位置相对应，以使试条能水平插入遮光盒，发光二极管和光电二极管安装于遮光盒底部。根据需检测的金标试条上胶体金颗粒的粒径分布确定其吸收光谱范围，进而选择工作在该光谱范围的发光二极管和光电二极管。使用该检测暗室可以准确检测点在金标试条上的抗原浓度，检测灵敏度高，结果客观准确，使用灵活。

Description

一种金标试条的检测暗室及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种金标试条的检测暗室及其应用方法。
背景技术
目前用于疾病快速检测的试条研究进展较快，其检测手段方便、快捷、准确。尤其随着中国人膳食结构的改变，生活方式的改变以及社会压力的加大，肥胖、糖尿病和高血压的增多，癌症的发病率也在逐年攀升。同时许多与癌症相关的肿瘤标志物陆续被人们发现，因此，这种用于定性检测的试条也相继被研制出来，但其存在着几个明显的缺点：
1、只能定性检测，不能定量检测。试条上测试线的颜色深浅反映了抗原浓度的高低。但目视者一般只能根据颜色判断肿瘤标志物的有无，不能判断它的浓度。
2、检测结果缺乏客观性。由于目视者对颜色的判断是主观的，该判断力受经验和环境的影响很大，对同一试条的判断缺乏重复性。
所以如何研究出一种能准确的定量检测试条上特异性抗原浓度，进而为病情作出参考的方法或装置是目前需要突破的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于实现特异性抗原浓度的准确检测，克服上述在先技术的诸多问题，因此提供了一种金标试条的检测暗室及应用方法，使用该检测暗室可以准确检测点在金标试条上的特异性抗原浓度。该检测暗室具有检测灵敏度高，检测结果客观准确，使用灵活等优点，特别适用于血清肿瘤标志物的相关定量检测。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种金标试条的检测暗室，包括由遮光板所制成的封闭的遮光盒、发光二极管、光电二极管，所述的遮光盒的一侧壁上开有用于插入试条的侧壁开口，所述的遮光盒内有多个与遮光盒开有侧壁开口的侧壁平行设置的且大小相同的遮光隔板，所述的遮光隔板将遮光盒内部分隔成相互独立的隔间，所述的遮光隔板均开有遮光隔板开口，且遮光隔板开口的位置与侧壁开口的位置相对应，以使试条能水平插入遮光盒，所述的发光二极管和光电二极管在遮光盒内部的各个隔间内各安装有一个。
所述的遮光隔板为四个，并将遮光盒内部分隔成五个相互独立的隔间，在处于遮光盒中间的三个隔间内均各安装有一个发光二极管和光电二极管。
所述的处于遮光盒中间的三个隔间长度以试条插入方向为顺序依次与金标试条的C线区、T线区和空白区的长度对应。
所述的遮光盒与遮光隔板是由黑色PVC材料制成。
所述的侧壁开口和遮光隔板开口上均设有用于阻挡光线的黑色呢绒丝。
所述的发光二极管和光电二极管分别安装于遮光盒的底部。
根据需检测的金标试条上胶体金颗粒的粒径分布确定其吸收光谱范围，进而选择工作在该光谱范围的发光二极管和光电二极管。
如金标试条上胶体金颗粒粒径范围为24.5nm-71.5nm时，检测暗室中发光二极管型号为19-217/GHC-RS/3T，其发射光谱范围为500nm-550nm，波峰为523nm，所述的光电二极管型号为CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰为550nm，在520nm处的光灵敏度为0.18A/W。
上述的金标试条的检测暗室可应用于金标试条上的特异性抗原的浓度检测。
本发明的技术效果在于：
1、能实现特异性抗原浓度的定量检测。本发明根据特定粒径纳米金粒子对特定波长光的吸收特性对特异性抗原金标免疫试条进行检测，能准确检测出点在试条上的特异性抗原浓度。
2、检测动态范围大。由于采用特定波长的发光二极管照射试条，同时采用特定波长的光电二极管接收反射光，提高了检测灵敏度和信噪比，如实施例中，以血清PSA浓度计，其检测动态范围为5ng/ml-50ng/ml。
3、检测结果客观，减少了人工干预。使用本发明提供的检测暗室加上必要的处理电路判断特异性抗原金标免疫试条上的测试线和控制线颜色的深浅，减少了人工干预，检测结果客观，操作方便，检测效率高。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
其中，1为侧壁开口，2为遮光隔板，3为遮光隔板开口，4为光电二极管，5为发光二极管；
图3为实施例1的一种前列腺特异性抗原PSA金标免疫试条检测暗室的标定数据分布图。
图中A为PSA浓度在0.5ng/ml-100ng/ml时的检测暗室标定数据分布图；
图中B为PSA浓度在0.5ng/ml-5ng/ml时的检测暗室标定数据分布图；
图中C为PSA浓度在5ng/ml-50ng/ml时的检测暗室标定数据分布图；
图中D为PSA浓度在50ng/ml-100ng/ml时的检测暗室标定数据分布图；
图4为本发明光电信号转换及信号处理硬件系统框图；
图5本发明数据处理的标定算法和检测算法流程图。
图中A为本发明数据处理的标定算法流程图；
图中B为本发明数据处理的检测算法流程图。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步说明，而非限制本发明。本发明的检测暗室由黑色PVC材料制成，整个暗室是一个12mm×12mm×64mm的长方体遮光盒，内设四个与侧壁相同大小的遮光隔板2，共有五个隔间，每个隔间的尺寸均为12mm×12mm×12mm。遮光盒的一侧壁上开有一个10mm×1mm×1mm用于插入试条的侧壁开口1。暗室内的四个遮光隔板在相同的位置也有这样的开口。且遮光隔板开口3的位置与侧壁开口1的位置相对应，以使试条能水平插入遮光盒，五个隔间只有中间三个是供检测用的，头尾两个是隔离室，其目的是更好的隔离外界的自然光和灯光。
侧壁开口1和中间的四个遮光隔板开口3处都用黑色呢绒丝密封，只能允许试条插入，这样可以更好地隔离三个检测室内光源的相互干扰并防止外界光源进入检测暗室。
在三个检测室的底部各装有一只发光二极管4(LED)和一只光电二极管5(PD)。当插入试条后，试条遮盖了检测暗室的顶部，发光二极管发射的光照射到试条上，部分光被纳米金颗粒吸收，其余的光反射到光电二极管上，形成光电流。光电流的大小反映了试条上颜色的深浅，即特异性抗原浓度的高低。
由于胶体金颗粒的吸收光谱范围是其粒径决定的，所以应该根据标记所用的胶体金的粒径分布确定其吸收光谱范围，进而选择工作在该光谱范围的发光二极管和光电二极管，以得到最佳灵敏度和分辨率。确定了发光二极管和光电二极管的光谱范围后，就能选择到合适的器件。表1是一些胶体金颗粒的粒径和其光谱吸收峰的关系。
表1胶体金颗粒的粒径和其光谱吸收峰λmax的关系
  胶体金粒径(nm)   呈色   λmax
  16 橙色   518nm
  24.5 橙红   522nm
  41 红色   525nm
  71.5 紫色   535nm
实施例1
用前列腺特异性抗原PSA金标试条检测PSA的浓度，该金标试条为双抗体夹心法制备的试条，试条胶体金颗粒的粒径范围为24.5nm-71.5nm，采用的特定波长发光二极管型号为19-217/GHC-RS/3T，其发射光谱范围为500nm-550nm，波峰为523nm。采用的特定波长光电二极管型号为CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰为550nm，且在520nm处的光灵敏度达到0.18A/W。
加装在检测暗室内的光电二极管输出的电流信号需要经过一系列处理方能得到PSA浓度。如图4所示，所需要的检测硬件除了本发明所述的检测暗室外，还包括电流-电压转换模块、滤波放大模块、系统电源模块、单片机(MPU)、键盘输入和液晶显示模块。使用恒流源为发光二极管提供稳定的恒流偏置，发光二极管发射特定波长的光照射在金标试条上，部分光被试条上的纳米金吸收，另一部分反射光被光电二极管接收，其输出的电流信号由电流-电压转换模块转换成电压信号，该电压信号经滤波放大后进入单片机完成A/D转换。单片机完成数据处理、数据分析和数据存储等工作，并将检测结果显示在液晶片上，同时将数据记录入FlashROM中进行存储，并可根据需要来从FlashROM中重新读取数据来查看。
各主要电路模块的芯片型号和参数如下：
恒流源：恒流源芯片MAX1570，其输入电压3.3V，反馈电阻50KΩ，其负载为3只LED，每只LED的前向电流为1.8mA。
LED：型号为19-217/GHC-RS/3T，其发射光谱范围为500nm-550nm，波峰为523nm。
光电二极管：型号为CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰为550nm，且在520nm处的光灵敏度达到0.18A/W。
多通道选择模块：芯片型号为MAX4734。
电流-电压转换模块：运放型号MAX4164ESD，反馈电阻22MΩ，反馈电容3pF，电路工作在光伏模式。
滤波放大模块：运放型号为MAX4164ESD，50Hz处的衰减达到-70dB以上，0.1Hz处的衰减在-0.3dB以下，通带放大倍数为1。
电源电路：芯片型号为SPX1117-3.3。
中央处理器：单片机型号为MSP430FG437。
液晶片：型号为通用段式液晶片，64段。
检测方法：
根据比色法的基本原理，采用光电检测技术使用特定波长的单色光照射未点样的金标试条，部分光被试条吸收，再用特定波长的光电二极管检测反射光的强度，光电二极管的输出电流经电流-电压转换电路、滤波放大电路后进入单片机进行A/D转换，并将转换结果X1存储起来；然后用同样的方法检测点样后的金标试条，得到A/D转换结果X2，计算转换结果的差值X＝X1-X2，X的值正比于被纳米金吸收的光。最后采用线性拟合方法可以确定被纳米金吸收的光和血清肿瘤标志物浓度的关系，这样就能通过光电检测的差值X计算出肿瘤标志物的浓度。
根据上述原理设计出的仪器标定和检测算法流程图分别如图5A和5B所示。在仪器标定时，首先使用未点样的试条进行数据采集(50个数据点)，然后求出平均值s，然后使用20种不同浓度的标准液点样，并采用同样的方法获得20组平均值数据，记为样本向量A，求A-s，得向量B，最后对B中的20组数据作线性拟合，即可得到浓度与吸光度的关系c＝ax+b，其中c为浓度，x为吸光度的表征值，a和b为线性拟合得到的参数。
在检测时，首先插入点样的试条并采集数据，接着进行数据校正，然后求出平均值t，并计算t-s，记为x，最后计算浓度c＝ax+b，其中c为浓度，x为吸光度的表征值，a和b为仪器标定时线性拟合得到的参数。
根据图5所示的原理，具体标定过程和检测过程如下：
采用浓度范围为0.5ng/ml-100ng/ml的PSA标准液标定仪器，标定在实验室进行，环境温度20℃，环境湿度72％，仪器采用电源适配器供电。标定时，先检测未点样试条的背景值，然后点上标准液，待反应完全后放入干燥箱干燥，再分别检测T线值和C线值。标定数据如表2所示，其中背景值、T线值和C线值均为单片机A/D转换后的结果，为了不损失精度，未将A/D转换结果换算为滤波后的电压值。T线吸收值为背景值与T线值的差，C线吸收值为背景值与C线值的差，T/C值为T线吸收值与C线吸收值的比值。
表2仪器标定数据表
Figure BDA0000024407640000071
Figure BDA0000024407640000081
标定时一共采集了20组数据，采用OriginPro8分析标定数据，以PSA浓度为横坐标，T/C值为纵坐标作图，如图3-A所示。可以看出PSA浓度和T/C比值近似线性关系，但是在浓度较低时和浓度较高时T/C比值随PSA浓度的升高变化不大，故采用分段线性拟合方法对标定数据进行处理。首先拟合浓度为0.5ng/ml-3ng/ml的数据，拟合直线如图3-B所示，OriginPro8给出的直线斜率为0.00205，标准差为5.43431E-4，直线截距为0.14924，标准差为0.00103，相关系数R2为0.8153，这表明在低浓度时，PSA浓度和T/C比值的线性相关性较差，应采集更多的样本点并作非线性拟合。其次拟合浓度为5ng/ml-50ng/ml的数据，拟合直线如图3-C所示，OriginPro8给出的直线斜率为0.00871，标准差为7.85309E-4，直线截距为0.13501，标准差为0.01968，相关系数R2为0.92427，这表明在浓度适中时，PSA浓度和T/C比值的线性相关性较好，可以通过T/C比值测定PSA浓度。最后拟合浓度为50ng/ml-100ng/ml的数据，拟合直线如图3-D所示，OriginPro8给出的直线斜率为0.00169，标准差为2.41817E-4，直线截距为0.55466，标准差为0.01965，相关系数R2为0.92276，这表明在高浓度时，PSA浓度和T/C比值的线性相关性较好，但由于直线斜率太小，通过T/C比值测定PSA浓度时的误差可能较大。
综上所述，可以得到T/C比值和PSA浓度的函数表达式，即
y＝0.00205x+0.14924(0.1494≤y≤0.1248)    (5-1)
y＝0.00871x+0.13501(0.1548＜y≤0.5246)    (5-2)
y＝0.00169x+0.55466(0.5246＜y≤0.7195)    (5-3)
其中x为PSA浓度(ng/ml)，y为T/C比值。
在与标定相同的环境下，用另外21种浓度在5ng/ml-50ng/ml范围内的PSA做了检测实验，实验过程与标定时相同，得到实验数据如下表3所示。
表3检测实验数据表
Figure BDA0000024407640000091
上表中的背景值、T线值和C线值均为单片机A/D转换后的结果，为了不损失精度，未将A/D转换结果换算为滤波后的电压值。T线吸收值为背景值与T线值的差，C线吸收值为背景值与C线值的差，T/C值为T线吸收值与C线吸收值的比值。PSA浓度检测值是通过式(5-2)计算得出，相对误差是根据PSA检测值和PSA真实值计算得出。
可以看出在浓度为5ng/ml-50ng/ml时，检测结果较好，相对误差在2.26％-5.33％之间。从这21组检测数据可以看出在浓度为5ng/ml-50ng/ml范围内，检测结果较准确，这与仪器标定时计算出的相关系数是吻合的。综上所述，在PSA浓度为5ng/ml-50ng/ml的范围内，使用所述的本发明的检测暗室具有检测灵敏度高，检测结果客观准确，使用灵活等优点。

Claims (8)

1.一种金标试条的检测暗室，其特征在于，包括由遮光板所制成的封闭的遮光盒、发光二极管、光电二极管，所述的遮光盒的一侧壁上开有用于插入试条的侧壁开口，所述的遮光盒内有多个与遮光盒开有侧壁开口的侧壁平行设置的且大小相同的遮光隔板，所述的遮光隔板将遮光盒内部分隔成相互独立的隔间，所述的遮光隔板均开有遮光隔板开口，且遮光隔板开口的位置与侧壁开口的位置相对应，以使试条能水平插入遮光盒，所述的发光二极管和光电二极管在遮光盒内部的各个隔间内各安装有一个。
2.根据权利要求1所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的遮光隔板为四个，并将遮光盒内部分隔成五个相互独立的隔间，在处于遮光盒中间的三个隔间内均各安装有一个发光二极管和光电二极管。
3.根据权利要求2所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的处于遮光盒中间的三个隔间长度以金标试条插入方向为顺序依次与金标试条的C线区、T线区和空白区的长度对应。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的遮光盒与遮光隔板是由黑色PVC材料制成。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的侧壁开口和遮光隔板开口上均设有用于阻挡光线的黑色呢绒丝。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的发光二极管和光电二极管分别安装于遮光盒的底部。
7.根据权利要求6所述的一种金标试条的检测暗室，其特征在于，所述的金标试条上胶体金颗粒的粒径范围为24.5nm-71.5nm时，检测暗室中发光二极管型号为19-217/GHC-RS/3T，其发射光谱范围为500nm-550nm，波峰为523nm，所述的光电二极管型号为CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰为550nm，在520nm处的光灵敏度为0.18A/W。
8.权利要求1或2或3所述的金标试条的检测暗室应用于金标试条上的特异性抗原的浓度检测。
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