CN105717080B - 一种用于上转换荧光试纸条的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，每个上转换荧光试纸条设定唯一的标识ID，包括：分别获取滴有待测样品的上转换荧光试纸条的ID信息、荧光光强对应的电信号值和确定检测时使用上转换荧光试纸条的时间；从服务器中获取上转换荧光试纸条的ID信息相对应批次的上转换荧光光子的衰减跃迁速率，出厂时间；将衰减跃迁速率代入时间函数反演公式，得出所述上转换荧光试纸条的光强衰减参数；将电信号值和光强衰减参数代入浓度反演公式，得出样品中相应物质的浓度。本发明能够准确定量检测出多种和食品安全相关的物质的含量，为提高上转换荧光定量检测准确性提供了新的突破口。

Description

一种用于上转换荧光试纸条的检测方法

技术领域

本发明涉及一种上转换荧光试纸条。特别是涉及一种用于上转换荧光试纸条的检测方法。

背景技术

上转换发光材料标记具有灵敏度高、选择性好、便于观察、操作简单且不损伤样本等诸多优点，而且其毒性小、光学稳定性好、灵敏度高、不会对生物体产生损害、吸收和发射带窄、荧光寿命长。

作为快速发展起来的热门荧光标记技术，目前国内外上转换发光纳米技术在生物学、医学和生命科学领域的细胞成像、生物检测等方面取得了大量的研究成果。近年来，尤其在农药、兽药残留等方面取得突破性进展，令该技术在食品安全检测领域的应用得到了极大的发展，显示出广阔的应用前景。然而，目前未有用于食品安全领域的上转换荧光定量分析检测的检测方法。

被测物滴入上转换荧光试纸条后，红外线照射下的试纸条检测带会被激发出荧光，而荧光的光强与被测物的浓度呈一定比例关系，因此可见光的强度能反演出被测物的浓度。在理想状态下，每个试纸条检测带对同一浓度样品的检测结果应该是一致的，即：在激光器和光电探测器参数不变的情况下，不论哪一批次的试纸条被滴入同一浓度的被测物后，都应被激发出相同光强的荧光。

如在理想状态下，上转换材料的荧光强度随时间的衰减公式为：

L_t＝L₀exp(-tτ)

其中，L_t为实际荧光光强；L₀为时间为零时的光强；t为贮存时间；τ为荧光寿命的倒数，而荧光寿命可直接由实验方法测得：脉冲法是最常使用的技术，其中时间相关单光子计数技术是较普遍使用的手段。

然而实际使用中，由于上转换荧光试纸条的基底并非由单一物质组成，而且荧光标记物的制备过程会掺入杂质等原因，因此上转换荧光试纸条的荧光存在状态的复杂性。在激光器参数不变的前提下，试纸条被滴入相同浓度的被测物后，光电探测器对不同批次试纸条检测带的检测结果不尽相同，即激发出的荧光强度不完全一致；而且同批次试纸条贮存时间越长，其检测带中标记物的活性衰减越多，也会影响荧光的强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够适用不同批次上转换荧光试纸条的用于上转换荧光试纸条的检测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，首先为每个上转换荧光试纸条设定唯一的标识ID，并将不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据存储到服务器中，在每次使用上转换荧光试纸条对样品进行所含物质浓度检测时，都要进行如下步骤：

1)分别获取滴有待测样品的上转换荧光试纸条的ID信息、荧光光强对应的电信号值X和确定检测时使用上转换荧光试纸条的时间t₁；

2)从服务器中获取与步骤1)中所述的上转换荧光试纸条的ID信息相对应批次的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，出厂时间t₀；

3)将步骤2)获取的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α代入时间函数反演公式，计算出所述上转换荧光试纸条的光强衰减参数L，

L＝{A+k exp[-α(t₁-t₀)]}/100

式中，A为常数取值为75～85；k为系数，取值范围：23.7～26.5；t₁-t₀的结果为试纸条贮存时间；

4)将步骤1)中获得的电信号值X和步骤3)计算得到的光强衰减参数L代入浓度反演公式，计算出样品中相应物质的浓度C：

C＝aX/L+b

式中，其中a为斜率，b为截距。

所述不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据包括：不同批次的上转换荧光试纸条的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b，以及不同批次的上转换荧光试纸条的出厂时间t₀。

所述的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，为荧光寿命的倒数，所述荧光寿命是采用脉冲法中的时间相关单光子计数技术获得。

所述的不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b的获得是：先将一组已知浓度的标准样品滴入同批次的上转换荧光试纸条，在不改变可调节波长激光器模组和光电探测器的前提下，用可调节波长激光器模组分别照射所述每个上转换荧光试纸条，并用光电探测器测量，得到一组光强信号的数据，将得到的数据与已知的浓度做线性拟合，得到斜率a和截距b。

步骤1)中所述的获取滴有样品的上转换荧光试纸条的ID信息，是通过对滴有样品的上转换荧光试纸条进行扫描获取所述上转换荧光试纸条的ID信息。

步骤1)中所述的测得的荧光光强对应的电信号值X，是采用可调节波长激光器模组照射所述上转换荧光试纸条，再采用光学检测系统获取所述上转换荧光试纸条的荧光光强对应的电信号值X。

所述的光学检测系统包括有依次设置在所述上转换荧光试纸条的出射光路上的用于接收上转换荧光试纸条发出的可见光的平凸聚焦透镜、对平凸聚焦透镜接收的可见光进行过滤的红外波段截止滤光片以及采集红外波段截止滤光片过滤后的可见光的光电探测器。

本发明的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，通过互联网在线同步被测物浓度换算公式中的数学参数，通过互联网加数学的方法及时且有效地减小甚至消除不同批次试纸条以及不同贮存时间试纸条荧光标记物活性的差异，为提高上转换荧光定量检测准确性提供了新的突破口。本发明的检测方法是互联网思维和上转换荧光试纸条检测仪器的全新结合，为解决试纸条检测领域中的不易标定、不易校正问题提供了全新的思路。本发明的检测方法能够准确定量检测出多种和食品安全相关的物质的含量，不仅仅是技术上的提升，而且带来的经济效益和人民生活品质的提升尤为重要。

附图说明

图1是本发明用于上转换荧光试纸条的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法做出详细说明。

本发明的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，首先为每个上转换荧光试纸条设定唯一的标识ID，即在每个上转换荧光试纸条外壳上都贴有ID识别码，通过一维或二维码呈现。并将不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据存储到服务器中。所述不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据包括：不同批次的上转换荧光试纸条的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b，以及不同批次的上转换荧光试纸条的出厂时间t₀。其中，

所述的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，为荧光寿命的倒数，所述荧光寿命是采用脉冲法中的时间相关单光子计数技术获得。

所述的不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b的获得是：先将一组已知浓度的标准样品滴入同批次的上转换荧光试纸条，在不改变可调节波长激光器模组和光电探测器的前提下，用可调节波长激光器模组分别照射所述每个上转换荧光试纸条，并用光电探测器测量，得到一组光强信号的数据，将得到的数据与已知的浓度做线性拟合，得到斜率a和截距b。

如图1所示，在每次使用上转换荧光试纸条对样品进行所含物质浓度检测时，都要进行如下步骤：

1)分别获取滴有待测样品的上转换荧光试纸条的ID信息、荧光光强对应的电信号值X和确定检测时使用上转换荧光试纸条的时间t₁，其中，所述的获取滴有样品的上转换荧光试纸条的ID信息，是通过对滴有样品的上转换荧光试纸条进行扫描获取所述上转换荧光试纸条的ID信息。所述的测得的荧光光强对应的电信号值X，是采用可调节波长激光器模组照射所述上转换荧光试纸条，再采用光学检测系统获取所述上转换荧光试纸条的荧光光强对应的电信号值X。所述的光学检测系统包括有依次设置在所述上转换荧光试纸条的出射光路上的用于接收上转换荧光试纸条发出的可见光的平凸聚焦透镜、对平凸聚焦透镜接收的可见光进行过滤的红外波段截止滤光片以及采集红外波段截止滤光片过滤后的可见光的光电探测器。检测时的时间t₁，是该试纸条被使用的时间；

2)从服务器中获取与步骤1)中所述的上转换荧光试纸条的ID信息相对应批次的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，出厂时间t₀；

3)将步骤2)获取的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α代入时间函数反演公式，计算出所述上转换荧光试纸条的光强衰减参数L，

L＝{A+k exp[-α(t₁-t₀)]}/100

式中，A为常数，取值范围：75～85；k为系数，取值范围：14.7～26.5；t₁-t₀的结果为贮存时间；

上述时间函数反演公式，是在理想状态下上转换材料的荧光强度随时间的衰减公式的基础上，结合实际测量数据，采用指数拟合的方法(包括最小二乘法、绝对残差法、Bisquare法等)推算出完全表征荧光强度衰减率L随时间t的关系。

4)将步骤1)中获得的电信号值X和步骤3)计算得到的光强衰减参数L代入浓度反演公式，计算出样品中相应物质的浓度C：

C＝aX/L+b

式中，其中a为斜率，b为截距。

检测了的浓度C值，可以通过网络传送，或通过计算机和显示器进行显示。

在本发明的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法的实施例中，所使用的可调节波长激光器模组是采用型号为TFL-H的仪器，所述光电探测器可以采用光电二级管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、CCD和CMOS图像传感器中和一种。

实例：

以检测抗生素诺龙的上转换荧光试纸条为例，该试纸条被波长为980nm的红外光照射后会发出波长为540nm的绿色荧光。

该批次试纸条于2015年11月18出厂，则t₀＝2015/11/18。

出厂时测得荧光光子的衰减跃迁速率α＝0.08。

用4个已知诺龙浓度的标准品对该批次试纸条进行标定，测得以下数据：

浓度(μg/kg)	0.75	1.00	1.50	2.00
					光电信号	8.593	6.153	3.478	1.648

对该数据进行线性拟合，得到斜率a＝-0.179，截距b＝2.201。

该批次中的一个试纸条于2015年12月3日被使用，则t₁＝2015/12/3。t＝t₁-t₀＝15。用光电探测器测得的电信号值X＝6.335。

代入光强衰减参数公式：L＝{A+k exp[-α(t₁-t₀)]}/100，其中A取76，k取24.3，计算出L＝0.8332。

最后，代入浓度反演公式：C＝aX/L+b，得到浓度C＝0.840。

Claims (7)

1.一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，首先为每个上转换荧光试纸条设定唯一的标识ID，并将不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据存储到服务器中，其特征在于，在每次使用上转换荧光试纸条对样品进行所含物质浓度检测时，都要进行如下步骤：

1)分别获取滴有待测样品的上转换荧光试纸条的ID信息、荧光光强对应的电信号值X和确定检测时使用上转换荧光试纸条的时间t₁；

2)从服务器中获取与步骤1)中所述的上转换荧光试纸条的ID信息相对应批次的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，出厂时间t₀；

3)将步骤2)获取的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α代入时间函数反演公式，计算出所述上转换荧光试纸条的光强衰减参数L，

L＝{A+k exp[-α(t₁-t₀)]}/100

式中，A为常数取值为75～85；k为系数，取值范围：23.7～26.5；t₁-t₀的结果为试纸条贮存时间；

4)将步骤1)中获得的电信号值X和步骤3)计算得到的光强衰减参数L代入浓度反演公式，计算出样品中相应物质的浓度C：

C＝aX/L+b

式中，其中a为斜率，b为截距。

2.根据权利要求1所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，所述不同批次的上转换荧光试纸条的相关数据包括：不同批次的上转换荧光试纸条的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b，以及不同批次的上转换荧光试纸条的出厂时间t₀。

3.根据权利要求2所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，所述的上转换荧光光子的衰减跃迁速率α，为荧光寿命的倒数，所述荧光寿命是采用脉冲法中的时间相关单光子计数技术获得。

4.根据权利要求2所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，所述的不同批次的上转换荧光试纸条的斜率a和截距b的获得是：先将一组已知浓度的标准样品滴入同批次的上转换荧光试纸条，在不改变可调节波长激光器模组和光电探测器的前提下，用可调节波长激光器模组分别照射所述每个上转换荧光试纸条，并用光电探测器测量，得到一组光强信号的数据，将得到的数据与已知的浓度做线性拟合，得到斜率a和截距b。

5.根据权利要求1所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，步骤1)中所述的获取滴有样品的上转换荧光试纸条的ID信息，是通过对滴有样品的上转换荧光试纸条进行扫描获取所述上转换荧光试纸条的ID信息。

6.根据权利要求1所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，步骤1)中所述的测得的荧光光强对应的电信号值X，是采用可调节波长激光器模组照射所述上转换荧光试纸条，再采用光学检测系统获取所述上转换荧光试纸条的荧光光强对应的电信号值X。

7.根据权利要求6所述的一种用于上转换荧光试纸条的检测方法，其特征在于，所述的光学检测系统包括有依次设置在所述上转换荧光试纸条的出射光路上的用于接收上转换荧光试纸条发出的可见光的平凸聚焦透镜、对平凸聚焦透镜接收的可见光进行过滤的红外波段截止滤光片以及采集红外波段截止滤光片过滤后的可见光的光电探测器。