CN103105380A

CN103105380A - 时间分辨荧光系统

Info

Publication number: CN103105380A
Application number: CN2011103547948A
Authority: CN
Inventors: 李建国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明提供了时间分辨荧光系统，所述时间分辨荧光系统包括：控制模块，用于控制协调其他模块的工作，所述控制模块与样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块、分析模块和存储模块电连接；样品信息采集模块，用于采集样品信息；积分球式光学模块，用于光照样品，收集光信号；光电转化与放大模块，用于把积分球式光学模块传输来的光信号转化为电信号并放大；分析模块，用于分析光电转化与放大模块传输来的电信号；存储模块，存储样品信息和检测结果。本发明提供的系统体积小，便于携带，且可定量检测，数据准确。

Description

时间分辨荧光系统

技术领域

本发明涉及检测系统领域，尤其涉及时间分辨荧光系统。

背景技术

免疫标记技术经历了放射免疫标记，酶免标记，化学发光标记等阶段。现技术应用荧光技术检测免疫标记，相对之前的技术大大提升了检测灵敏度。镧系稀土元素因其有斯托克斯位移大，发射光谱带窄，半衰期长的特点，成为理想的荧光染料。

但现有的时间分辨荧光系统有以下不足：

现有系统利用小规模集成电路计算机接口电路，其计算和存储性能无法完成如今对生化检测智能化控制与数据处理的要求；

现有系统体积大，不能满足广大临床医师，检验工作者，执法机关等对检测仪器的轻便、小巧，可携带性及免除采样的前处理等基本要求；

现有系统仅适用液体样品的应用，对于发展迅速且应用前景极其广阔的快速诊断来说不能满足需求；

现有系统利用氙灯作为光源，体积庞大，功耗大。

这些问题已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明涉及时间分辨荧光系统，用以对样品中的荧光元素标记进行检测，并克服现有生化检测系统智能化控制与数据处理能力的不足，体积大不方便携带，仅适用液体样品和大规模生产质量不稳定等问题。

为达到上述目的，本发明提供的时间分辨荧光系统包括：

控制模块，用于控制协调其他模块的工作，所述控制模块与样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块、分析模块和存储模块电连接；

样品信息采集模块，用于采集样品信息；

积分球式光学模块，用于光照样品，收集光信号；

光电转化与放大模块，用于把积分球式光学模块传输来的光信号转化为电信号并放大；

分析模块，用于分析光电转化与放大模块传输来的电信号；

存储模块，存储样品信息和检测结果。

上述样品信息采集模块包括：扫描器、步进电机、丝杆和滚珠滑动平台；所述步进电机与丝杆连接；所述丝杆与滚珠滑动平台连接。

上述滚珠活动平台上设一检测卡槽。

上述存储模块包括闪存盘。

上述控制模块包括嵌入式电脑，所述嵌入式电脑用于控制样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块和分析模块的工作。

上述存储模块设置在嵌入式电脑中。

上述控制模块包括脉冲发生器，所述脉冲发生器用于控制样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化模块和分析模块的工作。

上述各模块是由控制模块同步启动。

上述积分球式光学模块包括：积分球装置和激发光源。

上述激发光源是氘灯、LED发光二极管或激光二极管。更佳的，所述激发光源是LED发光二极管或激光二极管。

上述光电转化与放大模块包括光敏元件、微电流放大器和电源，所述光敏元件接收来自积分球式光学模块的光信号并将光信号转化为电信号，然后通过微电流放大器将电信号放大反馈给分析模块。

上述光敏元件是PMT光敏元件。

上述分析模块为相敏/时间分辨放大器。

上述时间分辨荧光系统还包括输入模块，所述输入模块用于输入命令并传输至控制模块。

上述输入模块包括：鼠标、键盘、光电阅读器或显示屏中的至少一种。

上述显示屏是触摸式显示屏。

上述时间分辨荧光系统还包括输出模块，所述输出模块用于接受采样信息和检测结果并输出，所述输出模块包括显示屏和/或打印机。较佳的，所述显示屏为触摸式显示屏。

附图说明

图1为本发明时间分辨荧光系统结构图。

图2为对以稀土镧系元素纳米粒子为标记物的试纸盒进行测试的本发明检测系统一具体实施方式的示意图。

图3为以稀土镧系元素纳米粒子为标记物的试纸盒的条形码样例。

图4为本发明的积分球式光学模块结构图。

图5为镧系铕元素荧光衰变时间图

具体实施方式

以下结合附图对本发明时间分辨荧光系统做进一步说明。

参见图1、2，本发明一具体实施例中，时间分辨荧光系统由控制模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块、分析模块、输入模块、输出模块和存储模块组成。所述控制模块与样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块、分析模块和存储模块电连接。

所述控制模块，控制协调其他模块的工作，如各模块的启动，并收集来自样品信息收集模块的样品采样信息、来自分析模块的分析结果和存储模块的预存储信息；控制模块用脉冲发生器产生的电脉冲对样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块、分析模块的启动进行同步的控制。在本实施例中控制模块包括嵌入式电脑和脉冲发生器。所述脉冲发生器同步控制其他模块的启动。该嵌入式电脑由上位机及51系列CPU构成的下位机组成，由于引入了嵌入式电脑，而其他现有系统应用小规模集成电路，使得上述应用举例的计算、存储和扩展性能远远好于其他现有系统。

样品信息采集模块，用于采集样品信息，包括：扫描器、步进电机、丝杆和滚珠滑动平台。步进电机与丝杆通过连轴器连接，丝杆包括螺杆和螺母，螺杆上套接螺母，螺母通过支架与滚珠滑动平台连接，所述滚珠滑动平台上设一检测卡槽。在步进电机带动下，与步进电机连接的丝杆将旋转运动，转化成螺母的水平直线运动，然后螺母带动精密滚珠滑动平台也作水平直线运动。通过上述连接关系，在步进电机的带动下，精密滚珠滑动平台作水平直线移动。样品基本信息由扫描器收集。步进电机带动丝杆和精密滚珠滑动平台，可以实现对同一样品的分段多次采样，获得多个定量检测结果，而后求平均值，其检测结果的精度高。本实例的样品信息基于条形码，条形码贴在样品盒上，所述扫描器是条形码扫描仪。该扫描仪用于扫描被测物品上的条形码。在本实施例中使用光电阅读器。

所述积分球式光学模块包括积分球装置和激发光源；所述激发光源是氘灯、LED发光二极管或激光二极管。LED发光二极管或激光二极管作为光源相对于氘灯光源有体积小、功耗小、组装调试简单的优点，因此本发明优选LED发光二极管或激光二极管。在本实施例中激发光源为单色LED发光二极管，发出紫外光照射测试样品。

光电转化与放大模块，用于把积分球式光学模块传输来的光信号转化为电信号并放大。所述光电转化与放大模块包括光敏元件、微电流放大器和电源；所述光敏元件是PMT光敏元件。

分析模块，用于分析电信号；分析模块采用相敏/时间分辨放大器分析判断电信号。

存储模块，用于存储样品信息和来自控制模块的检测结果；在本实施例中，存储模块集成在嵌入式电脑，为了增加储存容量，还配合一闪存盘使用。当然，也可以采取其他方式，如存储模块设置在嵌入式电脑中或可以同时采用嵌入式电脑结合闪存盘，以便获得更大的存储空间。

该系统还包括输入模块，用于输入命令并传输至控制模块；所述输入模块包括鼠标、键盘、光电阅读器和触摸式显示屏。

该系统还包括输出模块，用于接受来自控制模块的采样、检测结果并输出。所述输出模块包括显示屏和打印机。

在另一实施例中，本发明输入模块和输出模块是一体的，即一触摸式显示屏。所述触摸式显示屏即可以输入命令和信息，又可以输出检测结果等。其余模块同上个实施例。

本领域技术人员可以根据本发明的披露作出各种变动，如输入模块，为鼠标、键盘、光电阅读器或显示屏中的至少一种。而输出模块则为显示屏、打印机中的至少一种。

本发明的优点是：

1. 本发明所述的控制模块采用嵌入式电脑，可以连接闪存盘作为外部存储，键盘、鼠标、打印机、光电阅读器等作为输入输出设备。由于本发明的系统引入了嵌入式电脑，而其他现有系统应用小规模集成电路，使得本发明的系统的计算、存储和扩展性能远远好于其他现有系统。

2. 本发明所述的积分球式光学模块中光源选择灵活，可以是氙灯或LED或激光二极管，克服了其他现有系统只能以氙灯作为光源，从而避免了体积庞大，功耗大，光、机加工加工量大，装、调工艺复杂，为产品的大规模产业化带来巨大的不稳定因素等缺点。

3. 本发明采用电子控制的脉冲技术解决了多模块的同步协同工作问题。使系统结构相对于现有其他系统更加合理，体积更小，功耗更低。

4. 本发明不但可以对试纸盒进行采样，也可以对试纸条进行采样，弥补了其他现有系统仅能适用液体样品的不足。

5. 应用本发明的系统所占面积只有二十厘米乘以二十厘米。与其他现有系统相比更便于携带、便于部署。

本发明在实际使用中，可应用于定量检测以荧光标记特别是稀土镧系元素纳米粒子为标记物的固相免疫横流层析试纸盒，参见图2。试纸盒包括用于分离红细胞的全血分离垫；专门用于固定和释放稀土镧系元素纳米粒子为标记的结合物释放垫；用于在下游吸收液体的吸收垫，由硝酸纤维素膜或者玻璃纤维膜组成的，带有检测线和质控线的反应垫。在试纸盒的背面贴有条形码（如图3），条形码与检测项目、定标曲线修正系数、试纸盒的生产参数（如生产日期等参数）相对应。

定量检测时把待测试纸盒放入精密滚珠滑动平台上的检测卡槽内。对于检测来说，每一个批号的试剂都会有相应的检测项目、定标曲线修正系数、试纸盒的生产参数如生产日期等信息。这些信息被预先设置到光电二进制条形码中。

当检测开始被执行时，检测要求被提交给上述实施例中的检测系统，样品信息采集模块和控制模块通过光电阅读器读取试纸盒背面的条形码后，会对比存储模块中是否有该批次定标信息。如果检测要求不存在，系统提示用户换成正确的试纸盒进行定量检测。如果检测要求存在，试纸盒会被样品信息采集模块的扫描平台送入仪器内部，在步进电机的驱动下，由丝杆拉动精密滚珠滑动平台做一维水平移动，开始检测。

检测进行时，在积分球式光学模块（如图4）中应用LED光源经积分球照射试纸盒表面。含有稀土镧系元素的纸盒会受激发光激发，发出滞后的发射荧光，即发射光。

发射荧光被连接积分球的光电转化与放大模块的接受孔的PMT（光敏元件）探头连续收集，并转化为微电信号。微电信号由微电流放大器放大。

分析模块的相敏/时间分辨放大器接受由光电转化与放大模块反馈的电信号，分析荧光的强弱，并把结果传输至控制模块。

对于同一个位置，同一次激发光照射，由于稀土镧系元素的荧光衰变时间有1000微秒以上（如图5），窗口时间长。在400-800微秒处为较佳的测量窗口。控制模块的脉冲发生器控制积分球式光学模块、光电转化与放大模块和分析模块多次对样品进行检测。控制模块接受来自分析模块的多次分析结果，通过嵌入式电脑调取存储模块中的预存对比数据，得出稀土镧系元素的含量结果。因此，在同一位置，同一次激发光照射下的多次测量可以大大提高测量的精度。

控制模块的脉冲发生器向样品信息采集模块的步进电机发出信号，在步进电机驱动下，由丝杆拉动样品作一维水平移动。同时由控制模块协同积分球式光学模块、光电转化与放大模块和分析模块再次对样品进行检测。如此不断重复以上步骤，从而实现了对同一样品的不同位置进行多次检测。所以，通过对同一样品，不同位置的多次检测，也可以提高测量的精度。

样品检测完毕后，检测项目、试纸盒的生产参数、多次测量的稀土镧系元素含量等检测结果的均值和分布图形将被显示于触摸式显示器、并同时由打印机输出。

上述应用举例采用电子控制的脉冲技术解决了多模块的同步协同工作问题。使系统结构相对于现有其他系统更加合理，体积更小，功耗更低。

上述应用举例所占面积只有二十厘米乘以二十厘米。与其他现有系统相比更便于携带、便于部署。

本发明信息采集模块中的扫描器和步进电机均与控制模块连接。

综上所述，本发明所述的时间分辨荧光系统的计算和存储性能好、扩展性强体积小、光源选择灵活，解决了现有其他时间分辨荧光系统的计算和存储性不足、体积大、仅适用于液体样品、功耗大的问题具有极大的市场前景。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.时间分辨荧光系统，其特征在于，所述时间分辨荧光系统包括：

样品信息采集模块，用于采集样品信息；

积分球式光学模块，用于光照样品，收集光信号；

分析模块，用于分析光电转化与放大模块传输来的电信号；

存储模块，存储样品信息和检测结果。

2.如权利要求1所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述样品信息采集模块包括：扫描器、步进电机、丝杆和滚珠滑动平台；所述步进电机与丝杆连接；所述丝杆与滚珠滑动平台连接。

3.如权利要求1所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述存储模块包括闪存盘。

4.如权利要求1所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述控制模块包括嵌入式电脑，所述嵌入式电脑用于控制样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化与放大模块和分析模块的工作。

5.如权利要求4所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述存储模块设置在嵌入式电脑中。

6.如权利要求1所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述控制模块包括脉冲发生器，所述脉冲发生器用于控制样品信息采集模块、积分球式光学模块、光电转化模块和分析模块的工作。

7.如权利要求4或6所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述各模块是由控制模块同步启动。

8.如权利要求1所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述积分球式光学模块包括：积分球装置和激发光源。

9.如权利要求8所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述激发光源是氘灯或LED发光二极管或激光二极管。

10.如权利要求1-9任一权利要求所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述光电转化与放大模块包括光敏元件、微电流放大器和电源，所述光敏元件接收来自积分球式光学模块的光信号，并将光信号转化为电信号，然后通过微电流放大器将电信号放大，反馈给分析模块。

11.如权利要求10所述光电转化与放大模块，其特征在于，所述光敏元件是PMT光敏元件。

12.如权利要求1- 11任一权利要求所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述分析模块为相敏/时间分辨放大器。

13.如权利要求1- 11任一权利要求所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述时间分辨荧光系统还包括输入模块，所述输入模块用于输入命令并传输至控制模块。

14.如权利要求13所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述输入模块包括：鼠标、键盘、光电阅读器或显示屏中的至少一种。

15.如权利要求14所述所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述显示屏是触摸式显示屏。

16.如权利要求1- 15任一权利要求所述时间分辨荧光系统，其特征在于，所述时间分辨荧光系统还包括输出模块，所述输出模块用于接受采样信息和检测结果并输出，所述输出模块包括显示屏和/或打印机。