CN102135533A - 一种便携式生物检验传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式生物检验传感器，包括一安装架、一悬臂机构、一测试盘仓和一蠕动泵；所述安装架由一前面板、一后面板、一左侧板、一右侧板、一中间隔板、一底板和一顶板组成；所述顶板上水平设置有至少一根X轴导轨；在X轴导轨正下方平行设置一丝杠。采用交流或直流电源供电，便于携带，可移动性增强。可独立运行启动、扫描、排样品液、排废品液过程。本发明将多个检测试纸卡集成在一个测试盘上，实现了多个样品的同时检测。保证实现相同功能的前提下，本发明布局合理，结构紧凑，占用空间小，重量轻，便于携带和移动使用。

Description

一种便携式生物检验传感器

技术领域

本发明设计一种便携式生物检验传感器，特别是一种用来检测试样液体中是否含有生物有毒成分的便携式生物检验传感器。

背景技术

免疫层析法(Immunochromatography)是近几年来兴起的一种快速诊断技术，其原理是将特异的抗体先固定于硝酸纤维素膜的某一区带，当干燥的硝酸纤维素一端浸入样品后，由于毛细管作用，样品沿着该膜向前移动，当移动至固定有抗体的区域时，样品中相应的抗原即与该抗体发生特异性结合，若用免疫胶体金或免疫酶染色可使该区域显示一定的颜色，从而实现特异性的免疫诊断。

免疫金标记技术(Immunogold labelling techique)利用金颗粒具有高电子密度的特性，金标蛋白在相应的配体处大量聚集时，可形成肉眼可见的红色或粉红色斑点，因而用于定性或半定量的快速免疫检测方法中。其基本原理是将抗原包被在硝酸纤维素膜的检测线(T)上，将人工合成抗体包被在硝酸纤维素膜的对照线(C)上，用胶体金标记的抗原干燥后置于硝酸纤维素膜下端。把样本加入加样孔内，由于层析的原理，血清样本开始沿纸条向上移动，当遇上干燥的金标抗原，将其溶解，并带着金标抗原继续往上移动，至硝酸纤维素膜的检测线。如果样品中有抗体存在时，包被在检测线上的抗原和金标抗原与样品中的抗体将会在检测线上形成一条紫红色的夹心免疫复合物。如果检测线上形成复合色线，判为阳性；检测线位于对照线下端，样本要达到对照线处就必须先通过检测线，当检测线与对照线处都显现时就可以判断为阳性；检测线未出现，只有对照线出现时即可判断为阴性。

近年来，胶体金标记免疫层析试纸检测技术具有简单方便、反应快速、容易识别等特点被广泛应用于医学诊断、生物和化学检验等领域。这种检测方法既适用于肉眼视觉判断，也可仪器识别，但是视觉判断具有不能定量测量，只能定性测量；测量结果的客观性差；不能监测生物反应的动态过程等缺点。为了克服这些缺点，国内相继开发了一些检测仪器，如：2003年10月29日公开的公开号为CN1451963A，发明专利名称为：金标试条定量测试方法及系统；2006年2月15日授权的授权公告号为CN2758754Y，实用新型专利名称为：金标试条光纤探头装置；2007年1月31日公开的公开号为CN1904592A，发明专利名称为：金标免疫试纸条的反射式光度计；2007年11月28日公开的公开号为CN101078722A，发明专利名称为：一种金标试剂定量检测装置及测定方法。这些仪器的开发克服了人工视觉判断的一些缺点，提高了检测水平，有利于识别判断的标准化。但是，以上这些仪器除了结果识别判定以外，其他操作都是人工完成，一次只能检测1个样品，无法实现联机在线自动工作和多个样品同时检测。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种用来检测试样液体中是否含有生物有毒成分的便携式生物检验传感器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：便携式生物检验传感器，该便携式生物检验传感器由试液检验装置和控制装置组成；所述的试液检验装置包括蠕动泵、蠕动泵阀门控制电机、橡胶管、针头控制电机、丝杠控制电机、CCD镜头、试样盘、样品液采集瓶、废品液收集瓶等；控制装置包括直流或交流电源，微控制系统、按键、显示模块、无线通信模块和串行通信模块等。

一种便携式生物检验传感器，包括一安装架、一悬臂机构、一测试盘仓和一蠕动泵；所述安装架由一前面板、一后面板、一左侧板、一右侧板、一中间隔板、一底板和一顶板组成；所述顶板上水平设置有至少一根X轴导轨；在X轴导轨正下方平行设置一丝杠。

采用交流电源、直流电源或高容量锂离子电池供电，便于携带，适用性及可移动性增强。

可独立运行启动、扫描、排样品液、排废品液过程。

本发明由于采用上述技术方案，具有以下优点：

它还包括微处理器控制系统、按键和显示模块、串行通信和无线通信模块。用户可以通过中控机和本发明进行串行通信或者无线数据通信；还可以通过显示模块观察系统检测运行状态及接收结果数据。本发明的光源和光电开关转换部件能够自动扫描识别检测结果，发现阳性结果后，可以显示在显示模块上或者上传到上位机。

本发明将多个检测试纸卡集成在一个测试盘上，实现了多个样品的同时检测。保证实现相同功能的前提下，本发明布局合理，结构紧凑，占用空间小，重量轻，便于携带和移动使用。

本发明可以与相关采样仪器或者样品液容器连接，自动抽取液体样品，并自动排出液体管道中的空气，自动定量加液。本发明将根据检测结果将试液排放到样品液收集瓶或者废品液收集瓶中，并可以冲洗液体管道。

本发明既可现场控制，也可以通过串行通信的连接实现远程的控制和检测，还可以通过无线通信进行短距离无线传输，减轻了操作者的劳动强度，提高了操作者的安全性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的立体结构示意图

图2是本发明的主视图

图3是本发明的后视图

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行详细描述：

如图1-图3所示，本发明包括：一前面板、一后面板、一左侧板、一右侧板、一中间隔板、一顶板和一底板。在顶板上设置一X轴导轨；在X轴导轨正下方平行设置一丝杠；在丝杠上连接一悬臂机构；在悬臂机构上垂直固定一Y轴直线电机，在Y轴直线电机的输出端上连接一针头。Y轴直线电机驱动针头在竖直方向上做直线运动。在悬臂机构的一侧设置一光源和光电转换元件；在针头上方设置一Y轴限位开关，用来限制针头的行程。在丝杠的右侧，连接一步进电机X1，用于控制悬臂机构在X轴导轨上做直线运动。在丝杠两端设置两个限位开关，用于限制悬臂机构在X轴导轨上的行程。

如图2，在底板上左侧设置一样品瓶，用于采集样品液；在样品瓶右侧设置一废液瓶，用于收集废品液；在废液瓶正上方设置一液位检测窗，在液位检测窗内设置一液位检测器；在废液瓶右侧设置一电源。在电源上方设置一试剂盒，用于放置一个试样盘。

如图3，在中间隔板上左侧设置一蠕动泵，用来输送试液；在蠕动泵上面设置一串口转换器件，用于控制蠕动泵；在中间隔板上右侧固定主控电路板，用于控制系统运行。在主控电路板上设置一蓝牙无线通信模块，用于无线通信。在底板的右侧和主控电路板正下方，设置3个电机驱动器，用于控制电机的运动。在电机驱动器的左侧设置一电源开关和串行RS-232通信接口；在电源开关上方水平设置一直线电机X2，直线电机X2连接蠕动泵的卡管座，并在水平方向上做直线运动，用于压紧和松开液体管道。在直线电机X2左侧设置一限位开关，用于限制蠕动泵卡管座的行程。

在正面板上设置一显示屏，用来监测系统的工作状态；在显示屏的下方设置按键，用来控制系统的运行；在正面板的左下方设置一前门，用来取样品瓶或者排空废液瓶。在右侧板上设置一侧门，用来更换试样盘。

本发明在上电之后，显示屏显示“系统复位中”，首先使各电机回到零点位置，并使传感器系统进入空闲状态，等待接收指令，此时显示屏显示“系统空闲中”。接收指令方式有两种，一是利用串口RS-232通信和蓝牙无线通信；二是利用传感器前面板上的按键。

方式一：便携式生物检验传感器接收到启动指令后，其工作流程分为以下几个阶段：

1-1、取液过程：直线电机X2运动使卡管座压紧液体管道，直线电机X2停止；步进电机X1带动悬臂机构水平移动，移动到液位检测窗口正上方时停止；Y轴直线电机带动针头向下移动，移动到液位检测器附近时停止；蠕动泵开始抽取试样液体，液体将从管道入口开始充满管道，当液体到达针头后，从针尖处滴出。滴出的液体流经液位检测器，液位检测器将被触发；Y轴直线电机向上移动到零点位置。此时，显示屏显示“取采样液中”。

1-2、液体分配过程：步进电机X1带动悬臂机构移动到测试盘上第一个注射孔的正上方后停止，接着Y轴直线电机带动针头向下移动，使针尖刺破试样盘上的保护薄膜，插入到注射孔内；蠕动泵慢速运动，向注射孔内注入约几滴试液后停止；针头向上回归到零点位置。如此便完成了一个注射孔的注液过程。余下的十二个孔全部以相同的步骤执行。注射完全部十三个孔后，步进电机X1回归到零点位置。此时，显示屏显示“分配采样液中”。

1-3、浸润过程：试液和试纸浸润一段时间，时间一般为5分钟左右。此时，显示屏显示“试纸浸润中”。

1-4、扫描过程：扫描就是利用光源和光电转换元件将测试条读出，并传送到中控机，其工作原理是：光源和光电转换元件将测试条的灰度信号转换成电压信号，微弱的电压信号经过放大、滤波灯一系列操作后，输入到单片机的AD输入端，单片机的AD转换器将模拟的电压信号转换成数字信号，然后数据经过单片机处理后，通过串行RS-232通信或者蓝牙无线通信上传到中控机。该过程是一个动态过程，持续大约有十几分钟，因此，在这段时间内应不停的读取数据。传感器一共要进行4次读循环，每次读循环都将十三个试纸条读一遍。步进电机X1带动光源和光电转换元件移动到测试条的位置，启动光电转换元件开始读取数据。为了消除镜头与测试条的对准误差，在每个测试条的附近，步进电机都要微动读取5次数据。此时，显示屏显示“试纸扫描中”，并显示“当前第X次扫描”。

1-5、采集样品液过程：若试纸条的扫描结果显阳性，则步进电机X1使悬臂机构回归零点位置；Y轴直线电机移动针头刺破采样瓶的保护膜后停止；启动蠕动泵，开始收集试液到采样瓶中。此时，显示屏显示“采样液收集中”。

1-6、排放废品液过程：若试纸条的扫描结果均为阴性，则步进电机X1是悬臂机构回归零点位置，然后，移动悬臂机构到废液瓶的正上方时停止；Y轴直线电机带动针头移动到液体检测窗口正上方时停止；启动蠕动泵，开始排放试液到废液瓶中。此时，显示屏显示“管道清洗中”。

1-7、清洗管道过程：一般用清水对管道进行清洗工作。步进电机X1移动悬臂机构回归到零点位置，然后移动悬臂机构到废液瓶的正上方时停止；Y轴直线电机带动针头移动到液体检测窗口正上方时停止；启动蠕动泵，进行管道清洗。此时，显示屏显示“管道清洗中”。清洗管道之后，系统回复到空闲状态，此时，显示屏显示“系统空闲中”。

1-8、更换试样盘：由于该传感器只能放置一个试样盘，因此，在扫描结束后，就可以打开右侧门，进行试样盘的更换。

方式二：传感器接收按键指令后，其工作流程分以下几个阶段：

2-1、取液过程：“取液”键按下，“确认”键按下，工作流程同1-1。

2-2、液体分配过程：同1-2。

2-3、浸润过程：显示屏显示浸润时间，由“扫描”键结束浸润。

2-4、扫描过程：“扫描”键按下，“确认”键按下，工作流程同1-4，且每次扫描完成，显示屏会图形显示扫描结果。

2-5、采集样品液过程：“放样液”键按下，“确认”键按下，工作流程同1-5。

2-6、排放废品液过程：“放废液”键按下，“确认”键按下，工作流程同1-6。

2-7、清洗管道过程：“放废液”键按下，“确认”键按下，工作流程同1-7。

2-8、更换试样盘过程：同1-8。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换，如各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换都应包含在本发明技术方案的保护范围内。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换，如各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换都应包含在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种便携式生物检验传感器，包括一安装架、一悬臂机构、一测试盘仓和一蠕动泵；所述安装架由一前面板、一后面板、一左侧板、一右侧板、一中间隔板、一底板和一顶板组成；其特征在于：所述顶板上水平设置有至少一根X轴导轨；在X轴导轨正下方平行设置一丝杠。

2.如权利1所述的便携式生物检验传感器，其特征在于：可采用交直两种电源供电。

3.如权利1或2所述的便携式生物检验传感器，其特征在于：它包括微处理器控制系统、按键和显示模块、串行通信和无线通信模块。

4.如权利3所述的便携式生物检验传感器，其特征在于：用户通过中控机和本发明进行串行通信或者无线数据通信；并通过显示模块观察系统检测运行状态及接收结果数据。

5.如权利1所述的便携式生物检验传感器，其特征在于：可独立运行启动、扫描、排样品液、排废品液过程。

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