CN102590169A

CN102590169A - 荧光层析检测器

Info

Publication number: CN102590169A
Application number: CN2012100393482A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 李超
Original assignee: SUZHOU NANO-HEALTH BIOTECH Co Ltd
Current assignee: SUZHOU NANO-HEALTH BIOTECH Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明涉及一种荧光层析检测器，包括激发检测模块、前置放大模块、控制分析模块、输入输出模块及软件系统等。本发明使用 LED 可见光作为激发光源，通过特定的激发组件结构设置，可省去分光镜和光栅等繁杂的光组件，具有简化光学系统结构、降低加工制造成本、减小设备体积的优点。由于设置了前置放大电路，通过激发检测模块先滤除荧光探针的反射光中的杂散光，然后通过前置放大电路对光电转化后的电信号进行减噪和增强处理，再将信号送入控制分析模块，与现有技术相比，荧光定量检测时更加灵敏和精确。本发明可高度集成成为掌上型检测设备，更适合急诊检验、床边检验、现场检验等即时检验领域的应用。

Description

荧光层析检测器

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域的检测装置，具体涉及一种基于层析法检测技术原理的荧光层析检测器。

背景技术

由于层析法具有操作便捷、检测快速等特点，因此适用于杂质多、含量少的复杂样品分析，尤其适用于生物样品的分离分析。近年来，层析法已成为生物化学及分子生物学常用的分析手段，被广泛应用于多种不同领域的检测，如毒品、过敏原、残留农药、肿瘤标志物、心脏标志物和微生物病原体核酸的检测等。伴随相关应用领域对定量检测需求的逐步提高，相关的荧光层析检测技术也应运而生。

荧光层析技术根据生物学技术原理，利用液体流动相在膜上的毛细虹吸作用，实现标本中待测物的快速分离与检测；将层析法与光学、电学仪器等连用，根据层析峰的位置及峰高或峰面积，可检测出层析后各组分的浓度或质量，从而可作定性或定量分析；与电子计算机联用，使操作和数据处理实现自动化，大大缩短分析时间，提高了检测效率。根据所采用的生物学反应类型不同，荧光层析技术可分为免疫层析和核酸杂交层析两大类技术。

名称为《层析试条扫描检测方法及其扫描检测仪》（申请号为200710037553.4）的专利公开了一种用于层析试条扫描检测的扫描检测仪，它由光学系统、层析试条驱动系统、信号检测和控制系统构成；其中，光学系统包括氙灯光源、紫外透镜组、紫外滤光片、分束器、透镜组、滤光片、光电倍增管、紫外透镜和紫外光电管，分束器设置系统中部，在分束器右方由内向外设有紫外透镜组和氙灯光源，在紫外透镜组的透镜间设置有紫外滤光片，在分束器的左方由内向外设有紫外透镜和紫外光电管，在分束器上方由内向外设有透镜组和光电倍增管，在透镜组的透镜间设置有滤光片。该专利特征技术的缺点在于光学系统使用氙灯光源，由于氙灯光源发光光谱较宽，因此光学系统中同时配套紫外透镜、紫外滤光片、分束器、透镜组等组件作为滤光、分光用途。光学模块复杂、成本较高、设备体积较大。同时受到氙灯光源使用条件及使用寿命影响，其设备需要配套适宜温湿度条件以及稳定电源供应，同时存在开机预热等问题。因此不适合层析试条的临床急诊检测、床边检测以及野外现场检测用途需求。

名称为《荧光定量检测仪》（申请号为201010618601．0）的专利公开的一种荧光定量检测仪，包括激发光源模块、光电转换模块、控制分析模块和软件系统几部分。其中，激发光源模块包括用于向试剂条的检测区中发射激发光束的第一激光模块组件和用于向试剂条上的编码区发射激发光束的第二激光模块组件;光电转换模块用于接收由第一激光模块组件和第二激光模块组件的激发光束分别反射而来的荧光信号并进行光电信号转换；控制分析模块包括主电路、电机、显示屏，用于处理接收光电转换模块输出的电信号并进行处理输出到显示屏显示。这种荧光定量检测仪的缺点在于：采用激光光源进行激发，使用前存在预热的问题；光学系统同时需配合分光镜、光栅设计以减除杂散光；装置设计较为复杂。

名称为《便携式荧光层析检测系统》（申请号为201010266830.0）的专利公开的荧光层析检测系统包括微处理器、存储器、光电采集装置、人机交互装置、传送装置和信息输入装置等。具体的，所述光电采集装置包括：LED紫外冷光源、光电二极管、滤光镜、两个反射镜和透镜，其中：LED紫外冷光源产生的紫外光入射到第一反射镜，第一反射镜反射的光入射到透镜，透镜射出的光入射到样品上，样品经激发产生的荧光入射到滤光镜，滤光镜射出的光入射到第二反射镜，第二反射镜射出的光进入光电二极管，光电二极管与微处理器相连传输电信号。该专利的局限性在于使用LED紫外冷光源照射，并使用反射镜反射，紫外光光谱范围为200-400nm, LED紫外冷光源对于大多数荧光物质并不具有最佳的激发效应；而使用反射镜设计往往对激发光强度损失，并可能导致荧光探针激发效率低下的问题，从而导致检测系统灵敏度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的荧光检测装置使用惰性气体光源、激光光源作为激发光源而存在的设备体积较大、生产成本较高、光源寿命短、维护及使用时校准工作繁杂、不能满足现场检测时设备便携性及即时检测需求的不足；以及使用LED紫外冷光源作为激发光源而存在的对于大多数荧光物质不具有最佳的激发效应、检测系统灵敏度较低的不足，提供一种改进的荧光层析检测器。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种荧光层析检测器，包括激发检测模块、控制分析模块、输入输出模块及软件系统，根据本发明，所述激发检测模块包括LED光源、凸透镜、待测样品检测区、狭缝组件、滤光组件和光电转化器；所述LED光源作为激发光源指向所述待测样品检测区而设置，且所述LED光源能够发射可见光波长范围内的激发光；所述凸透镜设置在所述LED光源前方，所述狭缝组件设置在所述待测样品检测区上方，所述凸透镜和所述狭缝组件能够将所述LED光源发射的激发光聚焦并集中于所述待测样品检测区表面而形成条状光斑；所述滤光组件设置在所述狭缝组件的上方，用于滤除待测样品中所标记的荧光探针受激发后的反射光中的杂散光；所述光电转化器设置在所述滤光组件的上方，用于接收经所述滤光组件滤除杂散光后得到的荧光探针反射光并将该反射光信号转化为电信号。

优选地，所述激发检测模块中，LED光源设置有2~20个且均匀分布在待测样品检测区四周。

优选地，所述激发检测模块中，LED光源发射的激发光波长在400~600纳米范围内。

优选地，所述激发检测模块中，LED光源指向所述待测样品检测区的方向与所述待测样品检测区所在平面的夹角在30°~90°之间。

优选地，所述荧光层析检测器还包括用于对所述光电转化器转化而得的电信号进行减噪和增强处理并将处理后的电信号传送给控制分析模块的前置放大模块。

优选地，所述控制分析模块中包括微处理器、触摸式显示屏、模数转化器、各种输入输出接口及内置存储器。

优选地，所述输入输出模块包括多种存储卡、打印机、上位机及扫描器。

优选地，所述软件系统包括初始化模块、开机校准模块、系统参数设置模块、条码采集模块和样本测试分析模块。

优选地，所述荧光层析检测器还包括用于驱动样品传送的步进电机组件。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明荧光层析检测器利用具有可见光发射特性的LED光源作为激发光源，通过特定的激发组件结构设置，可省去现有技术中需要用到的分光镜和光栅等繁杂的光组件，因此具有简化光学系统结构、降低加工制造成本、提高光源稳定性、减小设备体积的优点。

、本发明LED可见光激发组件与前置放大电路配合，是先滤除荧光探针的反射光中的杂散光，再通过前置放大电路进行电信号的减噪和增强处理，与现有技术中先通过光电倍分管对荧光探针反射光放大再进行减噪的处理方式相比，本发明进行荧光定量检测时更加灵敏和精确。

、本发明可高度集成成为掌上型检测设备，更适合急诊检验、床边检验、现场检验等即时检验领域的应用。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明荧光层析检测器的激发检测模块结构示意图；

图2为实施例1的荧光层析检测器的各模块组成结构图；

其中：

1、LED光源；2、凸透镜；3、待测样品检测区；4、狭缝组件；5、滤光组件；6、光电转化器；

101、激发检测模块；102、前置放大模块；103、控制分析模块；104、输入输出模块。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。

实施例1

参见图1和2，本实施例的荧光层析检测器包括激发检测模块101、前置放大模块102、控制分析模块103、输入输出模块104及软件系统。

其中，激发检测模块101包括LED光源1、凸透镜2、待测样品检测区3、狭缝组件4、滤光组件5和光电转化器6。LED光源1作为激发光源指向所述待测样品检测区3而设置，且所述LED光源1能够发射可见光波长范围内的激发光；本实施例中，LED光源1设置有8~16个（由于LED光源的光强通常较弱，所以根据需要可设置多个LED光源，以增加光强），且它们围绕待测样品检测区3的四周均匀分布，LED光源1指向待测样品检测区3的方向与待测样品检测区3所在平面的夹角α为45°，另外，该LED光源1发射的激发光波长在400~600纳米范围内。凸透镜2设置在LED光源1前方，狭缝组件4设置在待测样品检测区3上方，凸透镜2和狭缝组件3能够将LED光源1发射的激发光聚焦并集中于待测样品检测区3表面而形成条状光斑。滤光组件5包括滤镜等，它设置在狭缝组件4的上方，用于滤除待测样品中所标记的荧光探针受激发后的反射光中的杂散光；光电转化器6设置在滤光组件5的上方，主要部件为光电二极管，它用于接收经滤光组件5滤除杂散光后得到的荧光探针反射光并将该反射光信号转化为电信号。

本实施例中，前置放大模块102主要是放大电路，它用于对光电转化器6转化而得的电信号进行减噪和增强处理并将处理后的电信号传送给控制分析模块103。

控制分析模块103主要包括用于对信号进行运算对比并执行指令的微处理器CPU，用于指令输入和数据显示的LCD触摸屏，模数转换器ADC，各种输入输出接口及可以存储最新的多个检测结果的内置存储器EEPROM等。

输入输出模块104包括各种存储卡（如特定磁条卡、IC卡、SD卡或射频卡等），微型打印机，上位机PC及扫描器等，输入输出模块104作为本实施例荧光层析检测器的附属组件，主要作用是用于样品信息、检测试剂信息、仪器/试剂校准信息的输入，以及检测结果的打印输出和存储。

本实施例的软件系统主要包括用于设置系统各工作单元初始化的初始化模块、用于检查仪器工作状态及静态参数是否正常的开机校准模块、用于设置和改变仪器工作状态和参数的系统参数设置模块，以及用于采集试剂条编码区信息并进行试剂条参数、测试样本参数分析处理的条码采集模块和用于采集测试荧光带信息、根据条码采集分析的参数计算被检测物浓度的样本测试分析模块等。

另外，本实施例荧光层析检测器还包括为各模块供电的电源管理模块以及用于驱动样品传送的步进电机组件，通过步进电机和螺纹推进可实现样品的传送。

本实施例荧光层析检测器的检测原理和方法为：

激发检测模块101利用多个能够发射可见光的LED光源1围绕待测样品检测区3进行阵列排布，使用凸透镜2和狭缝组件4将各个LED光源1发射的激发光聚焦集中于待测样品检测区3表面后使待测样品表面形成条状光斑；LED激发光激发待测样品中标记的荧光探针，使之产生反射光，该反射光经滤光组件5的滤镜滤除杂散光后，被光电转化器6接收并将光信号转化为电信号；该电信号经前置放大模块102进行减噪及增强处理后进入控制分析模块103，控制分析模块103通过对信号进行运算并对比输入输出模块104输入的定标信息，最终换算得到检测结果。

本实施例荧光层析检测器采用特殊设置的多LED可见光激发组件和前置放大电路设计，使荧光定量检测更加灵敏和精确，同时简化光学系统结构，降低加工制造成本、提高光源稳定性、减小设备体积并使其可以高度集成为掌上型检测设备。更适合急诊检验、床边检测、现场检验等即时检验领域的应用。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种荧光层析检测器，包括激发检测模块（101）、控制分析模块（103）、输入输出模块（104）及软件系统，其特征在于：所述激发检测模块（101）包括LED光源（1）、凸透镜（2）、待测样品检测区（3）、狭缝组件（4）、滤光组件（5）和光电转化器（6）；所述LED光源（1）作为激发光源指向所述待测样品检测区（3）而设置，且所述LED光源（1）能够发射可见光波长范围内的激发光；所述凸透镜（2）设置在所述LED光源（1）前方，所述狭缝组件（4）设置在所述待测样品检测区（3）上方，所述凸透镜（2）和所述狭缝组件（3）能够将所述LED光源（1）发射的激发光聚焦并集中于所述待测样品检测区（3）表面而形成条状光斑；所述滤光组件（5）设置在所述狭缝组件（4）的上方，用于滤除待测样品中所标记的荧光探针受激发后的反射光中的杂散光；所述光电转化器（6）设置在所述滤光组件（5）的上方，用于接收经所述滤光组件（5）滤除杂散光后得到的荧光探针反射光并将该反射光信号转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述激发检测模块（101）中，所述LED光源（1）设置有2~20个且均匀分布在所述待测样品检测区（3）四周。

3.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述激发检测模块（101）中，所述LED光源（1）发射的激发光波长在400~600纳米范围内。

4.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述激发检测模块（101）中，所述LED光源（1）指向所述待测样品检测区（3）的方向与所述待测样品检测区（3）所在平面的夹角在30°~90°之间。

5.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述荧光层析检测器还包括用于对所述光电转化器（6）转化而得的电信号进行减噪和增强处理并将处理后的电信号传送给控制分析模块（103）的前置放大模块（102）。

6.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述控制分析模块（103）包括微处理器、触摸式显示屏、模数转换器、各种输入输出接口及内置存储器。

7.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述输入输出模块（104）包括多种存储卡、打印机、上位机及扫描器。

8.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述软件系统包括初始化模块、开机校准模块、系统参数设置模块、条码采集模块和样本测试分析模块。

9.根据权利要求1所述的荧光层析检测器，其特征在于：所述荧光层析检测器还包括用于驱动样品传送的步进电机组件。