CN103149353A - 多通道试纸盘的定量检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种多通道试纸盘的定量检测系统及检测方法，系统由多通道试纸盘、光学系统、光学系统运动机构、试纸盘托架、试纸盘运动机构、信号放大和滤波电路、控制、数据采集和处理装置组成。本发明能够对多通道试纸盘中的多个免待测的疫层析试纸条进行快速、准确地定量检测。

Description

多通道试纸盘的定量检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及多通道试纸盘,特别是一种多通道试纸盘的定量检测系统及检测方法。应用本发明能够对多通道试纸盘中的各个待测的免疫层析试纸条进行快速、准确地定量检测。

背景技术

免疫层析分析技术是一种将颗粒标记、免疫检验和层析分析结合在一起的现场快速检测技术，已广泛应用于医学诊断、药物筛选、食品安全、生物反恐、环境检测等领域。免疫层析反应发生的载体是免疫层析试纸，它包括样品垫、结合垫、分析膜和吸收垫，在分析膜上有检测带和质控带。在免疫层析检验中，较常见的一种形式是在免疫层析试纸的分析膜上只有一条检测带，即一次免疫层析检测过程只能检测出一种被检物。与此相关的，我们曾提出了相应的检测系统，如“金标免疫试纸条的反射式光度计（专利号：ZL200610029498.X）”和“一种金标条的测量方法及检测系统”（申请号：200910078816.5）。在上述两种检测系统中，一次测量过程只可实现对一个纳米金颗粒标记的免疫层析试纸进行定量测量，即实现的是对一种单通道的检测方法。近几年，也出现了在分析膜上有多个检测带的免疫层析试纸，对此种免疫层析试纸进行一次完整的免疫层析检测能实现对多个被检物的检测。在免疫层析过程中，这种免疫层析试纸的分析膜上的各个检测带的免疫反应极易互相影响，所以这种免疫层析试纸的制作难度较大，而且这种免疫层析试纸的分析膜上的检测带的数量也比较有限，一般为两个。所以这种一个免疫层析试纸上包含多个检测带的检测技术并未得到大规模的应用。

在需要同时对多种被检物排查的特殊场合，如处置未知的生物恐怖事件、应对突发公共卫生事件、诊断就医的急诊病人等，应用上述检测方法和检测系统必须进行多次完全相同的重复操作，如插入试纸条、检测系统对试纸条进行检验、检验结果输出……，才能得到几种被检物的检测结果。这样操作的缺点是操作繁琐，检测效率低，增加了操作人员出错的几率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多通道试纸盘的定量检测系统及检测方法，该装置能够对多通道试纸盘中的多个待测的免疫层析试纸条进行快速、准确地定量检测。

本发明的技术解决方案如下：

一种多通道试纸盘的定量检测系统，特点在于其由多通道试纸盘、光学系统、光学系统运动机构、试纸盘托架、试纸盘运动机构、信号放大和滤波电路、控制、数据采集和处理装置组成，上述元部件的连接关系如下；

所述的多通道试纸盘成正多边形，相应包括多个免疫层析试纸通道围绕着多通道试纸盘的几何中心旋转对称分布，每个免疫层析试纸通道供一个免疫层析试纸放置，在所述的多通道试纸盘中的第一通道放置的是标准信号试纸，其余通道放置的是待测的免疫层析试纸；

所述的光学系统包括一个照明光路和一个接收光路，照明光路包括照明光源和照明镜组；接收光路包括接收镜组和光电探测器组件；

所述的光学系统运动机构承载并带动所述的光学系统沿所述的多通道试纸盘的试纸条的长边方向做直线运动；

所述的试纸盘托架的上面具有安装固定所述的多通道试纸盘的卡盘，当所述的多通道试纸盘插入所述的试纸盘托架的卡盘时，所述的多通道试纸盘的中心与所述的试纸盘托架的旋转中心重合固定，所述的试纸盘托架的底面的旋转中心与所述的试纸盘旋转机构的旋转轴相连；

所述的光学系统的光电探测器组件的输出端与所述的信号放大和滤波电路的输入端相连，该信号放大和滤波电路的输出端与所述的控制、数据采集和处理装置的输入端相连；该控制、数据采集和处理装置的输出端分别与所述的光学系统运动机构和所述的试纸盘旋转机构的控制端相连，该控制、数据采集和处理装置的功能如下：

①控制所述的光学系统运动机构做直线运动；

②控制所述的多通道试纸盘运动机构做旋转运动；

③采集所述的信号放大和滤波电路系统输出的电信号；进行数据处理，得到多通道试纸盘上的各个待测的免疫层析试纸上的被检物的浓度。

利用上述多通道试纸盘的定量检测系统进行检测的方法，该方法包括如下步骤：

①将待测的多通道试纸盘插入所述的试纸盘托架的卡盘中，所述的控制、数据采集和处理装置控制所述的试纸盘运动机构运动和控制光学系统运动机构运动，使所述的多通道试纸盘的标准信号试纸处于所述的光学系统的检测范围，在所述的控制、数据采集和处理装置中存入一个调整判断阈值S%和一个性能判断阈值V%，而且V%大于S%，存入检测带的基准值和质控带的基准值；

②所述的控制、数据采集和处理装置驱动所述的光学系统运动机构带动所述的光学系统沿所述的多通道试纸盘的标准信号试纸的长边方向运动，实现对标准信号试纸扫描检测，所述的光电探测器组件输出的模拟信号经信号放大和滤波电路滤波和放大后输入所述的控制、数据采集和处理装置，所述的控制、数据采集和处理装置计算出所述的标准信号试纸的检测带信号值和质控带信号值，而且将多通道试纸盘中的标准信号试纸的检测带信号值和质控带信号值分别与预先存入控制、数据采集和处理装置中的检测带基准值和质控带基准值相除得到两个比例值T%和C%，并计算A%=|1-(T%+C%)/2|；

③所述的控制、数据采集和处理装置首先判断T%和C%是否都大于所述的V%，若T%和C%都大于V%，则表明本系统检测的性能基本正常，进入步骤④，否则，将给出系统故障提示，同时，光学系统运动机构将进行反向运动以退出多通道试纸盘，进入步骤⑦；

④所述的控制、数据采集和处理装置判断A%是否超过S%：当A%不超过S%,则进入步骤⑤；当A%超过S%，则控制、数据采集和处理装置将根据A%的值自动调节光学系统中光电探测器组件的响应特性，返回步骤②；

⑤所述的控制、数据采集和处理装置控制所述的试纸盘运动机构旋转θ度，θ=360/n，n是多通道试纸盘的通道数量；使多通道试纸盘的一个待测的免疫层析试纸处于光学系统的检测范围内，所述的控制、数据采集和处理装置的控制模块驱动所述的光学系统运动机构带动所述的光学系统沿着多通道试纸盘中待测的免疫层析试纸的长边方向运动，所述的光电探测器组件检测并输出的模拟信号经信号放大和滤波电路滤波和放大后，输入所述的控制、数据采集和处理装置，该装置计算该待测的免疫层析试纸的定量结果并保存；

⑥重复步骤⑤以完成多通道试纸盘中所有待测的免疫层析试纸的定量检测；

⑦结束：当所述的多通道试纸盘的标准信号试纸回到所述的光学系统的检测范围时，系统提示退出当前的多通道试纸盘，结束本次测量。

本发明与在先技术相比具有以下技术效果：

1、本发明多通道试纸盘的定量检测系统包括了多通道试纸盘、光学系统、光学系统运动机构、试纸盘托架、试纸盘运动机构、信号放大和滤波电路、控制、数据采集和处理装置，这使得用户一次操作能自动完成对多通道试纸盘中多个待测的免疫层析试纸的定量检测，即一次操作能实现多种目标被检物的排查，操作简便、不易出错；

2、本发明多通道试纸盘的定量检测系统中的多通道试纸盘中有一个标准信号试纸。本发明将首先对标准信号试纸进行检测，当对标准信号试纸的检测结果T%和C%都大于V%，此时则表明本发明装置的性能基本正常，此时本发明可继续完成测量工作。也就是说，本发明每次在对多通道试纸盘中的待测的免疫层析试纸进行检测之前时，都首先进行了系统的自检。若自检不通过，本发明将直接退出对当前试纸盘的检测，避免了由于系统故障而给出错误的检测结果。

3、本发明在对多通道试纸盘进行检测时，首先根据对其内的标准信号试纸的检测结果来调节光学系统中的光电探测器的响应特性，校准了光学系统的性能，避免了由于光学系统中器件的性能变化而对多通道试纸盘中各个待测的免疫层析试纸给出不准确的检测结果。

4、总之，本发明能够对多通道试纸盘中的多个待测的免疫层析试纸条进行快速、准确地定量检测。

附图说明

图1为本发明多通道试纸盘的定量检测系统的示意图。

图2为本发明多通道试纸盘的结构示意图。

图3为本发明试纸盘托架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。

图1是本发明多通道试纸盘的定量检测系统的示意图。由图可见，本发明多通道试纸盘的定量检测系统，由多通道试纸盘7、光学系统1、光学系统运动机构2、试纸盘托架3、试纸盘运动机构4、信号放大和滤波电路5、控制、数据采集和处理装置6组成，上述元部件的连接关系如下；

所述的多通道试纸盘7成正多边形，相应包括多个免疫层析试纸通道Y1、Y2、Y3、…、Yn围绕着多通道试纸盘的几何中心旋转对称分布，每个免疫层析试纸通道供一个免疫层析试纸放置，在所述的多通道试纸盘中的第一通道Y1放置的是标准信号试纸，其余通道放置的是待测的免疫层析试纸；

所述的光学系统1包括一个照明光路和一个接收光路，照明光路包括照明光源和照明镜组；接收光路包括接收镜组和光电探测器组件；

所述的光学系统运动机构2承载并带动所述的光学系统1沿所述的多通道试纸盘的试纸条的长边方向做直线运动；

所述的试纸盘托架3的上面具有安装固定所述的多通道试纸盘7的卡盘，当所述的多通道试纸盘7插入所述的试纸盘托架3的卡盘时，所述的多通道试纸盘7的中心与所述的试纸盘托架3的旋转中心重合固定，所述的试纸盘托架3的底面的旋转中心与所述的试纸盘旋转机构4的旋转轴相连；

所述的光学系统1的光电探测器组件的输出端与所述的信号放大和滤波电路5的输入端相连，该信号放大和滤波电路5的输出端与所述的控制、数据采集和处理装置6的输入端相连；该控制、数据采集和处理装置6的输出端分别与所述的光学系统运动机构2和所述的试纸盘旋转机构4的控制端相连，该控制、数据采集和处理装置6的功能如下：

①用于控制所述的光学系统运动机构做直线运动；

②控制所述的多通道试纸盘运动机构做旋转运动；

③采集所述的信号放大和滤波电路系统输出的电信号；进行数据处理，得到多通道试纸盘上的各个待测的免疫层析试纸上的被检物的浓度。

利用所述的多通道试纸盘的定量检测系统进行检测的方法，该方法包括如下步骤：

①将待测的多通道试纸盘7插入所述的试纸盘托架3的卡盘中，所述的控制、数据采集和处理装置6控制所述的试纸盘运动机构4运动和控制光学系统运动机构2运动，使所述的多通道试纸盘7的标准信号试纸y1处于所述的光学系统1的检测范围，在所述的控制、数据采集和处理装置6中存入一个调整判断阈值S%和一个性能判断阈值V%，而且V%大于S%，存入检测带的基准值和质控带的基准值；

②所述的控制、数据采集和处理装置6驱动所述的光学系统运动机构2带动所述的光学系统1沿所述的多通道试纸盘7的标准信号试纸的长边方向运动，实现对标准信号试纸y1扫描检测，所述的光电探测器组件输出的模拟信号经信号放大和滤波电路5滤波和放大后输入所述的控制、数据采集和处理装置6，所述的控制、数据采集和处理装置6计算出所述的标准信号试纸y1的检测带信号值和质控带信号值，而且将多通道试纸盘中的标准信号试纸Y1的检测带信号值和质控带信号值分别与预先存入控制、数据采集和处理装置中的检测带基准值和质控带基准值相除得到两个比例值T%和C%，并计算A%=|1-(T%+C%)/2|；

③所述的控制、数据采集和处理装置6首先判断T%和C%是否都大于所述的V%，若T%和C%都大于V%，则表明本系统检测的性能基本正常，进入步骤④，否则，将给出系统故障提示，同时，光学系统运动机构2将进行反向运动以退出多通道试纸盘，进入步骤⑦；

④所述的控制、数据采集和处理装置6判断A%是否超过S%：当A%不超过S%,则进入步骤⑤；当A%超过S%，则控制、数据采集和处理装置6将根据A%的值自动调节光学系统中光电探测器组件的响应特性，返回步骤②；

⑤所述的控制、数据采集和处理装置6控制所述的试纸盘运动机构4旋转θ度，θ=360/n，n是多通道试纸盘的通道数量；使多通道试纸盘7的一个待测的免疫层析试纸Y2处于光学系统1的检测范围内，所述的控制、数据采集和处理装置6的控制模块驱动所述的光学系统运动机构2带动所述的光学系统1沿着多通道试纸盘中待测的免疫层析试纸的长边方向运动，所述的光电探测器组件检测并输出的模拟信号经信号放大和滤波电路5滤波和放大后，输入所述的控制、数据采集和处理装置6，该装置计算该待测的免疫层析试纸的定量结果并保存；

⑥重复步骤⑤以完成多通道试纸盘中所有待测的免疫层析试纸的定量检测；

⑦结束：当所述的多通道试纸盘7的标准信号试纸Y1回到所述的光学系统1的检测范围时，系统提示退出当前的多通道试纸盘，结束本次测量。

图2是一个包含9个通道的多通道试纸盘的结构示意图，n=9,这9个通道围绕着多通道试纸盘的几何中心而旋转对称分布。多通道试纸盘中每个免疫层析试纸均包含一个检测带(简称T带)和一个质控带（简称C带），且T带靠近多通道试纸盘的几何中心，C带远离多通道试纸盘的几何中心。多通道试纸盘7的第一个通道Y1里是标准信号试纸，标准信号试纸的T带和C带附着了一定数量标记颗粒。

图3是试纸盘托架3示意图。试纸盘托架3的正面用于承载多通道试纸盘7，背面与多通道试纸盘运动机构4固定在一起。由于多通道试纸盘运动机构4在带动试纸盘托架3旋转时，多通道试纸盘7与试纸盘托架3之间可能会存在相对运动，这相对运动将会导致多通道试纸盘7与试纸盘托架3之间存在一定角度的偏移，这个角度偏移将影响测量结果的准确性。所以，试纸盘托架3的卡盘一边的形状与多通道试纸盘7一边的形状相同，以此来限制插入到试纸盘托架内的多通道试纸盘7的自由度，保证多通道试纸盘7与试纸盘托架3之间不存在相对运动。

本实施例的具体检测方法如下。

1、将待测的多通道试纸盘7插入到试纸盘托架3中。此时，控制、数据采集和处理装置6中的控制模块控制试纸盘运动机构4运动和控制光学系统运动机构2运动以使得多通道试纸盘7中的标准信号试纸处于光学系统1的检测范围中，在所述的控制、数据采集和处理装置6中存入一个调整判断阈值S%和一个性能判断阈值V%，而且V%大于S%，存入检测带的基准值和质控带的基准值；

2、控制、数据采集和处理装置6中的控制模块将带动光学系统运动机构2沿着多通道试纸盘7中标准信号试纸的长边方向运动以完成对标准信号试纸的扫描检测。光学系统运动机构2从多通道试纸盘几何中心沿着标准信号试纸向标准信号试纸的C带方向运动，此过程中，光学系统1首先完成对标准信号试纸中T带的检测，而后完成对标准信号试纸C带的检测。检测完成后，控制、数据采集和处理装置6计算出标准信号试纸的T带信号值和C带信号值，而且将此T带信号值和C带信号值与控制、数据采集和处理装置中预存储的检测带基准值和质控带基准值相除得到两个差异值T%和C%，并且根据公式A%=|1-(T%+C%)/2|计算A%的值；

3、控制、数据采集和处理装置6中的数据处理模块首先判断T%和C%是否都大于V%，若T%和C%都大于V%，则表明本发明多通道试纸盘的定量检测的性能基本正常，否则，本发明将给出系统故障提示，光学系统运动机构将进行反向的运动以退出多通道试纸盘和结束此次检测。在本实施例中，预先存入控制、数据采集和处理装置6中的V%和S%分别为20%和5%，检测得到标准信号试纸的T%=80%，C%=82%，T%和C%都大于V%，说明本实施例的性能正常。接下来，计算得到A%=|1-(T%+C%)/2|=19%，计算得到A%>S%，这说明此时光学系统的响应特性有所下降，此时需要调整光学系统的响应特性以保证其对待测的免疫层析试纸具有相同的响应特性。

4、控制、数据采集和处理装置6根据A%的值自动调节光学系统中光电探测器组件的响应特性。此处，光学系统中的光电探测器组件使用的是光电倍增管组，通过调节光电倍增管组的高压，即可实现对其灵敏度的控制，并以此来改变光学系统的响应特性。此时，本实施例将重复步骤2和3，直至A%不超过S%。

5、控制、数据采集和处理装置6控制试纸盘运动机构4逆时针旋转40度，以使得多通道试纸盘7中的Y2通道内待测的免疫层析试纸处于光学系统的检测范围中。此时，控制、数据采集和处理装置6中的控制模块将带动光学系统运动机构2沿着多通道试纸盘7中Y2通道内待测的免疫层析试纸的长边方向运动。光学系统运动机构2的运动方向与上次光学系统运动机构2的运动方向相反。也就是说，若上次光学系统运动机构2从多通道试纸盘几何中心沿着标准信号试纸向标准信号试纸的C带方向运动时，这次光学系统运动机构2将从标准信号试纸上靠近C带的地方沿着标准信号试纸向多通道试纸盘几何中心运动。即，在本实施例的整个检测过程中，光学系统运动机构2对多通道试纸盘7中待测的免疫层析试纸进行往返的检测，这样能减少对多通道试纸盘的检测时间。当完成对多通道试纸盘7中的一个待测的免疫层析试纸的扫描检测后，控制、数据采集和处理装置计算该待测的免疫层析试纸的定量结果。

6、重复步骤5以完成对多通道试纸盘7中所有待测的免疫层析试纸的定量检测。

7、多通道试纸盘的定量检测系统将保存对当前多通道试纸盘7的检测结果，此检测结果也可以通过线缆传输至上位机。此时，可取出当前的多通道试纸盘，并向试纸盘托架中插入新的多通道试纸盘来开始新的检测。

与在先技术相比较，本发明的特点在于：

本发明的检测对象—多通道试纸盘包含了多个待测的免疫层析试纸，使用户一次操作能自动完成多通道试纸盘中多个免疫层析试纸的定量检测，即一次操作能实现多种目标被检物的排查，操作简便、不易出错；

本发明在每次对多通道试纸盘检测时，首先通过对其中放置的标准信号试纸的检测来实现对本发明系统性能的自检，这能有效的避免由于系统故障而给出错误的检测结果；

本发明根据对多通道试纸盘中的标准信号试纸的检测结果自动调节光学系统的响应特性，避免了由于光学系统中器件的性能变化而对多通道试纸盘中各个待测的免疫层析试纸给出不准确的检测结果。

实验表明，本发明能够对多通道试纸盘中的多个待测的免疫层析试纸条进行快速、准确地定量检测。

Claims (2)

1.一种多通道试纸盘的定量检测系统，特征在于其由多通道试纸盘（7）、光学系统（1）、光学系统运动机构（2）、试纸盘托架（3）、试纸盘运动机构（4）、信号放大和滤波电路（5）、控制、数据采集和处理装置（6）组成，上述元部件的连接关系如下；

所述的多通道试纸盘（7）成正多边形，相应包括多个免疫层析试纸通道（Y1、Y2、Y3、…、Yn）围绕着多通道试纸盘的几何中心旋转对称分布，每个免疫层析试纸通道供一个免疫层析试纸放置，在所述的多通道试纸盘中的第一通道（Y1）放置的是标准信号试纸，其余通道放置的是待测的免疫层析试纸；

所述的光学系统（1）包括一个照明光路和一个接收光路，照明光路包括照明光源和照明镜组；接收光路包括接收镜组和光电探测器组件；

所述的光学系统运动机构（2）承载并带动所述的光学系统（1）沿所述的多通道试纸盘的试纸条的长边方向做直线运动；

所述的试纸盘托架（3）的上面具有安装固定所述的多通道试纸盘（7）的卡盘，当所述的多通道试纸盘（7）插入所述的试纸盘托架（3）的卡盘时，所述的多通道试纸盘（7）的中心与所述的试纸盘托架（3）的旋转中心重合固定，所述的试纸盘托架（3）的底面的旋转中心与所述的试纸盘旋转机构（4）的旋转轴相连；

所述的光学系统（1）的光电探测器组件的输出端与所述的信号放大和滤波电路（5）的输入端相连，该信号放大和滤波电路（5）的输出端与所述的控制、数据采集和处理装置（6）的输入端相连；该控制、数据采集和处理装置（6）的输出端分别与所述的光学系统运动机构（2）和所述的试纸盘旋转机构（4）的控制端相连，该控制、数据采集和处理装置（6）的功能如下：

①控制所述的光学系统运动机构做直线运动；

②控制所述的多通道试纸盘运动机构做旋转运动；

③采集所述的信号放大和滤波电路系统输出的电信号；进行数据处理，得到多通道试纸盘上的各个待测的免疫层析试纸上的被检物的浓度。

2.利用权利要求1所述的多通道试纸盘的定量检测系统进行检测的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

①将待测的多通道试纸盘（7）插入所述的试纸盘托架（3）的卡盘中，所述的控制、数据采集和处理装置（6）控制所述的试纸盘运动机构（4）运动和控制光学系统运动机构（2）运动，使所述的多通道试纸盘（7）的标准信号试纸（y1）处于所述的光学系统（1）的检测范围，在所述的控制、数据采集和处理装置（6）中存入一个调整判断阈值S%和一个性能判断阈值V%，而且V%大于S%，存入检测带的基准值和质控带的基准值；

②所述的控制、数据采集和处理装置（6）驱动所述的光学系统运动机构（2）带动所述的光学系统（1）沿所述的多通道试纸盘（7）的标准信号试纸的长边方向运动，实现对标准信号试纸（y1）扫描检测，所述的光电探测器组件输出的模拟信号经信号放大和滤波电路（5）滤波和放大后输入至所述的控制、数据采集和处理装置（6），所述的控制、数据采集和处理装置（6）计算出所述的标准信号试纸（y1）的检测带信号值和质控带信号值，而且将多通道试纸盘中的标准信号试纸（Y1）的检测带信号值和质控带信号值分别与预先存入控制、数据采集和处理装置中的检测带基准值和质控带基准值相除得到两个比例值T%和C%，并计算A%=|1-(T%+C%)/2|；

③所述的控制、数据采集和处理装置（6）首先判断T%和C%是否都大于所述的V%，若T%和C%都大于V%，则表明本系统检测的性能基本正常，进入步骤④，否则，将给出系统故障提示，同时，光学系统运动机构（2）将进行反向运动以退出多通道试纸盘，进入步骤⑦；

④所述的控制、数据采集和处理装置（6）判断A%是否超过S%：当A%不超过S%,则进入步骤⑤；当A%超过S%，则控制、数据采集和处理装置（6）将根据A%的值自动调节光学系统中光电探测器组件的响应特性，返回步骤②；

⑤所述的控制、数据采集和处理装置（6）控制所述的试纸盘运动机构（4）旋转θ度，θ=360/n，n是多通道试纸盘的通道数量；使多通道试纸盘（7）的一个待测的免疫层析试纸（Y2）处于光学系统（1）的检测范围内，所述的控制、数据采集和处理装置（6）的控制模块驱动所述的光学系统运动机构（2）带动所述的光学系统（1）沿着多通道试纸盘中待测的免疫层析试纸的长边方向运动，所述的光电探测器组件检测并输出的模拟信号经信号放大和滤波电路（5）滤波和放大后，输入所述的控制、数据采集和处理装置（6），该装置计算该待测的免疫层析试纸的定量结果并保存；

⑥重复步骤⑤以完成多通道试纸盘中所有待测的免疫层析试纸的定量检测；

⑦结束：当所述的多通道试纸盘（7）的标准信号试纸（Y1）回到所述的光学系统（1）的检测范围时，系统提示退出当前的多通道试纸盘，结束本次测量。

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