CN101995481B - 超痕量疾病标志物快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超痕量疾病标志物快速检测仪，涉及检测技术，包括37℃恒温加热系统、流动注射系统和检测控制系统。37℃恒温加热系统中，温度传感器实时检测半导体制热片所紧贴的加热杯，通过不断调节半导体制热片达到37℃恒温加热，为生物反应提供37℃的孵育环境。通过蠕动泵实现流动注射，完成自动进样，以减小人为误差，缩短检测时间。检测控制系统包括光电转换单元、光子计数单元、中央处理与控制单元。采用高灵敏度的光电倍增管实现微弱光检测，并对检测腔做良好的屏蔽处理。采用高速的可编程逻辑器件FPGA实现光子脉冲的计数，计数时间和计数位数可自由设定，计数灵敏，误差较小，从而达到检测超痕量物质的目的。

Description

超痕量疾病标志物快速检测仪

技术领域

本发明涉及生物医学检测技术领域，是一种超痕量疾病标志物快速检测仪，可用于能够通过特异性反应产生发光过程的疾病标志物的检测，在医学检测领域具有较为广阔的应用前景。

背景技术

许多疾病诊断标志物含量极低，且基体干扰多、成分复杂，需要高灵敏度的超痕量分析技术进行检测。超痕量检测常用方法有高压液相色谱、毛细管电泳法和质谱法等，其操作复杂、耗时长，难以实现现场快速检测。随着生活节奏的加快和生活压力的增大，对于疾病标志物进行高灵敏度和高特异地快速检测，对疾病的准确诊断和及早治疗至关重要。目前对疾病标志物的检测主要是在医院，采用免疫分析仪，由专业人员操作完成，设备庞大且价格昂贵，检测成本较高，不能实现现场快速检测。对于社区医院和农村，不易推广应用。因此，需要发展超痕量疾病标志物现场快速检测的新技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种超痕量疾病标志物快速检测仪，采用高精度、高灵敏度的光子计数方法进行光信息获取与处理，实现疾病标志物的全自动现场快速检测，操作简单便捷、准确、成本低。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种超痕量疾病标志物快速检测仪，包括37℃恒温加热系统、流动注射系统和检测控制系统，其37℃恒温加热系统包括：样品加热杯、半导体制热片、温度传感器、温度反馈电路和制热控制电路；其中，半导体制热片紧贴加热杯底部，并顺序同制热控制电路、检测控制系统电气连接；温度传感器紧贴加热杯侧面，并顺序同温度反馈电路、检测控制系统电气连接；

流动注射系统包括：试剂瓶、两可调速蠕动泵，两注射软管和蠕动泵控制电路；其中，两可调速蠕动泵分别与蠕动泵控制电路电气连接，第一可调速蠕动泵两端经一注射软管分别与检测控制系统、加热杯容腔相连通；第二可调速蠕动泵两端经另一注射软管分别与检测控制系统、试剂瓶容腔相连通；

检测控制系统包括：光电转换单元、光子计数单元、中央处理与控制单元。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其所述检测控制系统的光电转换单元，包括检测腔和光电转换部件；其中，光电转换部件为光电倍增管；检测腔包括腔体、抽屉和反应杯，抽屉的外径略小于腔体内腔的内径，在腔体内腔内可自由活动，并完全脱离腔体内腔，反应杯可移出式置于抽屉内中部的圆柱形空腔内，抽屉的圆柱形空腔一侧有开口；腔体内、外壁做发黑处理，其顶面有两小通孔，位于反应杯的正上方，两注射软管分别置于两小通孔中，两注射软管出口对应反应杯内腔；

光电倍增管紧密机械固定于检测腔腔体右侧，其光接受面位于反应杯侧面，即抽屉圆柱形空腔侧开口处。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其特征在于，所述检测腔为密闭式，腔体和抽屉，由金属材料制备。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其所述检测控制系统的光子计数单元，其核心采用可编程逻辑阵列实现计数，FPGA首先进行光子脉冲判别处理，甄别所接收信号是否为所需光子信号，然后再开始计数；FPGA外部采用48MHz的晶振，内部倍频至300MHz；计数时间通过软件设置，计数起停及计数的位数，由中央处理与控制单元控制。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其所述光电转换单元中的光电倍增管，通过BNC接口同光子计数单元电气连接。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其所述中央处理与控制单元，包括中央微处理器、键盘输入、液晶显示、数据存储、打印输出、USB传输、光电倍增管控制电路，并与FPGA计数通信；

中央微处理器为单片机，蠕动泵控制电路、制热控制电路、温度反馈电路与中央微处理器电气连接；打印输出为串口打印，由芯片MAX3110E实现SPI接口到UART接口的转换；

FPGA计数完成后触发单片机的中断系统，在中断中完成计数结果传输。

所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其所述单片机，型号为AdμC834。

本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪，可以对超痕量疾病标志物进行现场快速检测，携带方便，操作简单、准确，成本低，便于推广，解决了社区和农村医院检测困难的问题。

附图说明

图1为本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪结构示意图；

图2为本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪的光电转换单元剖面示意图；

图3为本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪的检测腔结构示意图；

图4为本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪的光子计数单元框图；

图5为本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪的中央处理与控制单元框图。

具体实施方式

本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪分三个部分：37℃恒温加热系统、流动注射系统、检测控制系统9。

见图1，37℃恒温加热系统主要包括：样品加热杯1、半导体制热片2、温度传感器3、温度反馈电路5以及制热控制电路4。半导体制热片2紧贴加热杯1，位于加热杯1的底部，半导体制热片2顺序同制热控制电路4、检测控制系统9电气连接，由制热控制电路4控制其制热的启停。温度传感器3紧贴加热杯1侧面，实时检测加热杯1的温度变化，温度传感器3顺序同温度反馈电路5、检测控制系统9电气连接，由温度反馈电路5将信息反馈给检测控制系统9。若检测试剂需要37℃恒温孵育，则在孵育过程中，温度传感器3检测的温度低于或高于37℃时，检测控制系统9指令制热控制电路4调节半导体制热片2，进而稳定反应杯1的温度，使其恒定于37℃。

流动注射系统由试剂瓶7、两可调速蠕动泵8-1、8-2，两注射软管6、10和蠕动泵控制电路组成。两可调速蠕动泵8-1、8-2分别与蠕动泵控制电路电气连接。可调速蠕动泵8-1两端经注射软管6分别与检测控制系统9、加热杯1容腔相连通；可调速蠕动泵8-2两端经注射软管10分别与检测控制系统9、试剂瓶7容腔相连通。

检测控制系统9主要包括光电转换单元、光子计数单元、中央处理与控制单元。

光电转换单元包括检测腔16和光电转换部件，光电转换部件采用高灵敏度的光电倍增管17，光电转换单元的剖面示意图如图2所示。见图3，检测腔16由腔体13、抽屉14和反应杯15构成。抽屉14的外径略小于腔体13内腔的内径，在腔体13内腔内可自由活动，可拉出完全脱离腔体13内腔。反应杯15置于抽屉14内中部的圆柱形空腔内，圆柱形空腔一侧有开口。腔体13顶面有两小通孔11、12，位于反应杯15的正上方。两注射软管6、10分别置于小通孔11、12中，可将样品加入到反应杯15中。当抽屉14从腔体13中拉出时，可将反应杯15取出。腔体13和抽屉14的制备材料均为铝，屏蔽电磁干扰。腔体13做发黑处理，以屏蔽外界光的干扰。光电倍增管紧密机械固定于检测腔腔体13右侧，其光接收面正对反应杯15侧面，即抽屉圆柱形空腔侧开口处。

检测试剂恒温孵育充分反应后，由蠕动泵控制电路启动蠕动泵8-1将反应试剂注射入检测控制系统9中的反应杯15。然后，蠕动泵8-2将试剂瓶7中的发光底物加进发应杯15中，产生发光过程，由检测控制系统9进行光强检测与处理。

光子计数单元由可编程逻辑阵列(FPGA)来实现，其框图如图4所示。光电倍增管17的输出信号通过BNC接口的屏蔽线同光子计数单元电气连接。FPGA外部采用48MHz的晶振，内部倍频至300MHz。计数时间可以通过软件设置，计数起停可由中央处理与控制单元控制。计数位数可以自由设定，如32位计数。光电倍增管17输出的计数脉冲，首先由脉冲判别处理模块识别脉冲的宽度和幅度确定所需光子脉冲，然后由单片机控制开始计数。计数结束后，计数结果通过软件时间控制分时传送给中央处理与控制单元。

中央处理与控制单元结构，如图5所示，包括键盘输入、液晶显示、数据存储、打印输出、USB传输、光电倍增管控制电路、与FPGA计数通信。蠕动泵控制电路与中央微处理器电气连接，制热控制电路、温度反馈电路与中央微处理器电气连接。中央微处理器采用单片机AdμC834。打印输出采用串口打印，由芯片MAX3110E实现SPI接口到UART接口的转换。

FPGA计数完成后触发单片机中断，在中断中传输计数结果。

实施例

用本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪检测心衰标志物BNP。

开启检测仪后，通过键盘输入，启动半导体制热片2对加热杯1进行加热，温度传感器3实时检测加热杯1的温度。当温度由室温上升至接近37℃时，由单片机控制制热控制电路4调节半导体制热片2，使加热杯1的温度平稳上升至37℃，并保持37℃恒定。当温度过高或过低时，调节半导体制热片2来恒定温度。37℃温度稳定后，检测控制系统9提示加入检测试剂和样品。待检测试剂和样品在检测控制系统9设定的时间内充分孵育后，对反应试剂进行清洗处理，然后，单片机控制蠕动泵控制电路驱动蠕动泵8-1通过注射软管6将反应试剂由小通孔11加入至反应杯15中，驱动蠕动泵8-2通过注射软管10将发光底物由小通孔12加入至发应杯15中。加样完成后，单片机启动光电倍增管17进行光强检测，同时启动FPGA进行32位计数，在设定的时间4s内完成计数后，FPGA触发单片机的中断系统，在中断中，FPGA完成将计数结果传输给单片机，同时，单片机关闭光电倍增管。单片机通过设定的数据处理算法将计数结果转化为相应的BNP样品的浓度，将检测结果存储于E2PROM中，同时显示于液晶显示屏中，由打印接口直接打印输出。一次检测过程完成。本发明的超痕量疾病标志物快速检测仪，通过中央处理与控制单元的USB接口可将数据上传至计算机。

超痕量疾病标志物快速检测仪，可提供两种检测方式：单次检测和实时检测。选择单次检测即为上述检测过程；选择实时检测时，在传输计数结果的中断中，数据上传至计算机，不关闭光电倍增管。中断结束后，重新开始原设定时间计数，重复上述的计数检测过程。即在每个中断中都会将计数结果上传至计算机。

Claims (5)

1.一种超痕量疾病标志物快速检测仪，包括37℃恒温加热系统、流动注射系统和检测控制系统，其特征在于，

37℃恒温加热系统包括：样品加热杯、半导体制热片、温度传感器、温度反馈电路和制热控制电路；其中，半导体制热片紧贴加热杯底部，并顺序同制热控制电路、检测控制系统电气连接；温度传感器紧贴加热杯侧面，并顺序同温度反馈电路、检测控制系统电气连接；

流动注射系统包括：试剂瓶、两可调速蠕动泵，两注射软管和蠕动泵控制电路；其中，两可调速蠕动泵分别与蠕动泵控制电路电气连接，第一可调速蠕动泵两端经一注射软管分别与检测控制系统、加热杯容腔相连通；第二可调速蠕动泵两端经另一注射软管分别与检测控制系统、试剂瓶容腔相连通；

检测控制系统包括：光电转换单元、光子计数单元、中央处理与控制单元；

其中，光电转换单元包括检测腔和光电转换部件；光电转换部件为光电倍增管；检测腔包括腔体、抽屉和反应杯，抽屉的外径略小于腔体内腔的内径，在腔体内腔内可自由活动，并完全脱离腔体内腔，反应杯可移出式置于抽屉内中部的圆柱形空腔内，抽屉的圆柱形空腔一侧有开口；腔体内、外壁做发黑处理，其顶面有两小通孔，位于反应杯的正上方，两注射软管分别置于两小通孔中，两注射软管出口对应反应杯内腔；光电倍增管紧密机械固定于检测腔腔体右侧，其光接收面正对反应杯侧面，即抽屉圆柱形空腔侧开口处；

光子计数单元，其核心采用可编程逻辑阵列实现计数，FPGA首先进行光子脉冲判别处理，甄别所接收信号是否为所需光子信号，然后再开始计数；FPGA外部采用48MHz的晶振，内部倍频至300MHz；计数时间通过软件设置，计数起停及计数的位数，由中央处理与控制单元控制。

2.如权利要求1所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其特征在于，所述检测腔为密闭式，腔体和抽屉由金属铝材料制备。

3.如权利要求1所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其特征在于，所述光电转换单元中的光电倍增管，通过BNC接口同光子计数单元电气连接。

4.如权利要求1所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其特征在于，所述中央处理与控制单元，包括中央微处理器、键盘输入、液晶显示、数据存储、打印输出、USB传输、光电倍增管控制电路，并与FPGA计数通信；

中央微处理器为单片机，蠕动泵控制电路、制热控制电路、温度反馈电路与中央微处理器电气连接；打印输出为串口打印，由芯片MAX3110E实现SPI接口到UART接口的转换；

FPGA计数完成后触发单片机的中断系统，在中断中完成计数结果传输。

5.如权利要求4所述的超痕量疾病标志物快速检测仪，其特征在于，所述单片机，型号为AdμC834。

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