CN107037025A - 镧系高敏荧光层析装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镧系高敏荧光层析装置及检测方法，装置包括激发光源、移动装置、分光器、光源光路、荧光光路、光电转换器、电路装置和通信装置，所述移动装置包括一个步进马达以及由步进马达驱动的传动机构，在传动机构上放置层析检测卡，激发光源对应层析检测卡设置，在激发光源与层析检测卡之间设置分光器，分光器与层析检测卡之间设置光源光路，在分光器与光电转换器之间设置荧光光路，激发光源、光电转换器和移动装置由电路装置控制，所述激发光源为能发出大于400nm波长激发光的激发光源，电路装置驱动通信装置，通信装置连接终端。本发明既保证背景荧光低又保证荧光信号强进而提高信噪比。

Description

镧系高敏荧光层析装置及检测方法
技术领域
本发明属于层析检测技术领域，特别是涉及一种镧系高敏荧光层析装置及检测方法。
背景技术
为满足POCT即时检测(point-of-care testing)的应用，金标层析快速检测方法被广泛使用，随着对定量检测的需求，市场中出现了各种替代胶体金的微球，主要集中在荧光微球和时间分辨微球。
普通的荧光微球具有较强的荧光信号，大大提高了层析条的检测信号强度，解决了胶体金使用颜色判断无法细分的问题。而时间分辨荧光具有较高的特异性，采用避开激发荧光在照射荧光微球时刻，延迟采集荧光信号的方法，回避激发光照射产生的背景荧光的干扰，大大提高信噪比。然而，由于时间分辨荧光在激发光源关闭后，荧光强度急剧衰减，即所谓以指数曲线方式衰减。也就是说，虽然经过延时后，背景干扰荧光几乎没有，但是时间分辨荧光也已经非常弱。如此一来，提高的信噪比也就相对有限。
如何解决普通荧光的背景干扰大和时间分辨荧光信号弱的矛盾问题成为了该领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明的目的就是提供一种镧系高敏荧光层析装置及检测方法，能完全解决上述现有技术的不足之处。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种镧系高敏荧光层析装置，包括激发光源、移动装置、分光器、光源光路、荧光光路、光电转换器、电路装置和通信装置，所述移动装置包括一个步进马达以及由步进马达驱动的传动机构，在传动机构上放置层析检测卡，激发光源对应层析检测卡设置，在激发光源与层析检测卡之间设置分光器，分光器与层析检测卡之间设置光源光路，在分光器与光电转换器之间设置荧光光路，激发光源、光电转换器和移动装置由电路装置控制，电路装置驱动通信装置，通信装置连接终端。
作为优选，所述激发光源发出的激发光波长大于400nm小于550nm。
作为优选，所述激发光源激发层析检测卡上的荧光标记物所产生的荧光为长寿命荧光。
作为优选，所述激发光源为LED光源。
作为优选，所述电路装置包括可编程逻辑控制器、放大器、A/D转换器、光源开关、模拟开关和蓝牙，所述放大器、模拟开关和A/D转换器依次电联，A/D转换器和蓝牙均与可编程逻辑控制器电联，放大器与光电转换器电联，光源开关与激发光源电联，可编程逻辑控制器连接移动装置。
作为优选，所述电路装置包括有USB功能模块，电路装置通过USB功能模块或蓝牙连接终端。
作为优选，所述终端连接互联网，终端通过互联网获得检测样本的标准曲线，并将检测结果存储到互联网。
一种镧系高敏荧光层析检测方法，电路装置控制激发光源发出激发光，对层析检测卡进行照射，层析检测卡上的荧光微球被激发产生瞬时荧光，该瞬时荧光通过分光器后聚焦在光电转换器，光电转换器将荧光信号转换为电信号并传递给电路装置，电路装置采集到瞬时荧光信号强度值，所述激发光源发出的激发光波长大于420nm小于550nm，所述层析检测卡上的荧光微球为镧系荧光微球，在关闭激发光源的同时电路装置开始采集镧系荧光微球产生的荧光信号强度值，并连续采样400us以上，电路装置对采集到的荧光信号强度值求平均值或求加权平均值，从而获得层析检测卡上一个点的荧光信号强度值，电路装置通过移动装置控制层析检测卡移动，电路装置逐点采集层析检测卡上的荧光信号强度值，进而完成整个层析检测卡的检测。
进一步，所述激发光源开启10-100us后关闭。
进一步，所述电路装置将检测结果传递给终端，终端中的应用程序根据层析检测卡的荧光信号强度检测结果，计算出层析检测卡上C线和T线的荧光信号强度值，根据终端通过互联网获得检测样本的标准曲线，即C线和T线的荧光信号强度值与标准曲线的对照关系，计算得出被检测目标检测物的含量。
瞬时荧光检测技术是在激发光照射至关闭时刻检测荧光信号，此时荧光信号包含标记荧光微球荧光、杂质荧光、激发光、散射光等干扰信号。通常用于非定量物质的分析。
时间分辨荧光层析法是在激发光关闭后延迟一定时间后检测荧光信号，采集荧光信号的延迟时间选择基本依据荧光物质的荧光寿命设置，一般的时间分辨荧光采用340纳米波长的光源激发，为了有效避开背景杂质的荧光余辉，需要延时200-400微秒。由于荧光强度是以指数衰减速度急剧衰减，此时的荧光信号很弱，需要通过提高荧光仪的精度或光电转换器的放大倍率来实现。时间分辨荧光检测分析技术灵敏度高，适用于衡量的荧光物质检测方法。
本发明中定义激发光源开启至关闭时刻，荧光微球被激发产生的荧光为瞬时荧光；激发光源关闭后，荧光微球产生的荧光为时间分辨荧光。激发光源开启过程中荧光微球产生的瞬时荧光信号强度值为一个定值，而时间分辨荧光信号强度值为一个随时间增加而快速减小的值。
在荧光层析方法中，样品中血清、毒素、霉菌以及纤维素酶、NC膜等物质(统称杂质荧光物质)，在激发光激发下也将产生杂质荧光，紫外光激发比可见光激发，产生的杂质荧光强。本装置采用(波长为400nm—480nm±5％)可见光激发，相比常规的时间分辨荧光采用340-360nm紫外激发光，所产生的杂质荧光的干扰急剧减少，具备采集延迟0-200微秒期间内更强时间分辨荧光信号的条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构简单，设计合理，大幅度降低了背景荧光，提高了荧光强度，并缩短检测时间，既保证背景荧光低又保证荧光信号强，进而提高信噪比。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中电路装置的结构示意图；
图3是镧系高敏荧光衰减曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种镧系高敏荧光层析装置，包括激发光源1、移动装置2、分光器3、光源光路4、荧光光路5、光电转换器6、电路装置7和通信装置8，所述移动装置2包括一个步进马达以及由步进马达驱动的传动机构，在传动机构上放置层析检测卡9，激发光源1对应层析检测卡9设置，在激发光源1与层析检测卡9之间设置分光器3，分光器3与层析检测卡9之间设置光源光路4，在分光器3与光电转换器6之间设置荧光光路5，激发光源1、光电转换器6和移动装置2由电路装置7控制，电路装置7驱动通信装置8，通信装置8连接终端。所述激发光源1为能发出大于420nm波长激发光的激发光源。当步进马达被电路装置7驱动时，传动机构能够带动层析检测卡9左右移动，达到扫描的作用。所述终端为智能手机或PC机，通过终端实现检测显示和报告。所述移动装置2、分光器3、光源光路4、荧光光路5、光电转换器6和通信装置8均为现有技术，在此不再赘述。
作为优选的技术方案，所述激发光源1为LED光源，激发光源1发出的激发光波长大于420nm小于550nm。
一种镧系高敏荧光层析检测方法，电路装置控制激发光源发出激发光，对层析检测卡进行照射，层析检测卡上的荧光微球被激发产生瞬时荧光，该瞬时荧光通过分光器后聚焦在光电转换器，光电转换器将荧光信号转换为电信号并传递给电路装置，电路装置采集到瞬时荧光信号强度值。所述激发光源发出的激发光波长大于420nm小于550nm，所述层析检测卡上的荧光微球为镧系荧光微球，所述激发光源开启20us后关闭，在关闭激发光源的同时电路装置开始采集镧系荧光微球产生的荧光信号强度值，并连续采样400us以上，电路装置对采集到的荧光信号强度值求平均值或求加权平均值，从而获得层析检测卡上一个点的荧光信号强度值，电路装置通过移动装置控制层析检测卡移动，电路装置逐点采集层析检测卡上的荧光信号强度值，进而完成整个层析检测卡的检测。
所述电路装置将检测结果传递给终端，终端中的应用程序根据层析检测卡的荧光信号强度检测结果，计算出层析检测卡上C线和T线的荧光信号强度值，根据终端通过互联网获得检测样本的标准曲线，即C线和T线的荧光信号强度值与标准曲线的对照关系，计算得出被检测目标检测物的含量。
镧系高敏荧光层析装置在工作时，激发光源1产生的激发光经过光源光路4照射层析检测卡9上的镧系荧光微球，激发镧系荧光微球产生荧光，该荧光为长寿命荧光，荧光经过分光器3进入荧光光路5聚焦在光电转换器6，光电转换器6将荧光信号转换成电信号，电信号送入电路装置7，电路装置7通过移动装置2控制层析检测卡9移动。所述激发光源1开启10-100us后关闭。该电路装置7在关闭激发光源1的同时采集并记录层析检测卡9激发的镧系荧光微球的荧光信号强度值，并连续采样400us以上，然后电路装置7对采集到的荧光信号强度值求平均值或求加权平均值，得到层析检测卡9在该位置的荧光信号强度值，然后电路装置通过移动装置2控制层析检测卡9移动进行下一点荧光信号强度值的采集，直到完成整个层析检测卡9的检测。
层析检测卡9上的纤维素膜、灰尘、蛋白和杂质等在激发光的照射下均会产生背景荧光，尤其是在340-360nm波长的激发光的激发下，这些背景荧光会非常强，然而背景荧光相比长寿命的时间分辨荧光，背景荧光在激发光源关闭后激发的荧光会以更快的速度衰减，一般在200us-300us左右，背景荧光会淬灭。本装置采用420nm以上波长的激发光，所产生的背景荧光将大量减少，于是背景荧光在激发光关闭后激发的荧光会以更快的速度衰减，一般在50us-100us左右，背景荧光就会淬灭。
当层析检测卡的荧光微球采用激发光波长大于420nm小于550nm的镧系荧光微球时，在关闭激发光源后，背景荧光本身较弱，会在极短的时间内淬灭，于是可以将采集长寿命荧光的时间大大提前，时间的提前意味着采集到的荧光强度的大大提高，达到既保证背景荧光低又保证荧光信号强进而提高信噪比的目的。
本发明的电路装置7采用连续采集荧光的方式，其在激发光关闭时刻开始的400us时间内连续采集荧光，并求荧光信号强度值的加权平均值，随着时间的延迟权值逐渐加大，按延时时间提高长寿命荧光信号在平均值中的权重，最后得到荧光信号强度的平均值。
图3说明了荧光强度的变化过程，电路装置采集的开始时间点为激发光源关闭时刻(即图中的关灯时刻)。根据荧光随时间指数衰减的特性，更早时刻采集的荧光强度是远远高于之后采集的时间分辨荧光，这需要得益于使用波长大于420nm的激发光，而且波长越长激发的荧光会越强。
本实施例中，层析卡上任何一个位置的镧系高敏荧光的检测结果F为：
F＝∑[f(t)×t]/N
公式中f(t)为光电转换器在不同时刻采集到的荧光光强的电信号，t为在激发光源关闭后的采样次数，为0至400us，时间间隔为1us，共采集次数N＝400次。采集结果随着延时的增加，权值逐渐加大，必要时可能权值不按比例增加，本实施例未提供。
参见图2，所述电路装置7包括可编程逻辑控制器7-1、放大器7-2、A/D转换器7-3、光源开关7-4、模拟开关7-5和蓝牙7-6，所述放大器7-2、模拟开关7-5和A/D转换器7-3依次电联，A/D转换器7-3和蓝牙7-6均与可编程逻辑控制器7-1电联，放大器7-2与光电转换器6电联，光源开关7-4与激发光源1电联，可编程逻辑控制器7-1连接移动装置2。所述电路装置7还包括有USB功能模块7-7，电路装置7通过USB功能模块7-7或蓝牙7-6连接终端7-8。所述终端7-8连接互联网，终端7-8通过互联网获得检测样本的标准曲线，并将检测结果存储到互联网。此处终端7-8采用智能手机。
在可编程逻辑控制器7-1(FPGA)的时序控制下，控制步进马达驱动的传动机构使层析检测卡9步进移动，方便对层析检测卡上的每个点位产生的荧光信号进行采集。然后，通过光源开关7-4打开激发光源1，照射30us后，关闭激发光源1。层析检测卡9在激发光源1的照射后，层析检测卡9上荧光微球产生的荧光进入光电转换器6，产生电信号，电信号经过放大器7-2处理后进入模拟开关7-5，并在可编程逻辑控制器7-1(FPGA)的时序控制下，按采样实现将电信号送入高速模数A/D转换器7-3转换为数字信号f(t)，然后对数字信号f(t)进行加权平均计算后，将此位置的荧光强度数据经过蓝牙传送到智能手机，由智能手机中的应用程序对数据进行显示和处理。然后驱动移动装置2移动层析检测卡9，进行下个位置的荧光信号采集，直至扫描完成整个层析检测卡9的镧系荧光的检测。
该电路装置7按时序对层析检测卡9进行荧光强度的扫描检测数据，通过蓝牙7-6将检测装置的扫描数据传入智能手机，智能手机中的APP应用程序计算出层析卡上C线和T线的荧光信号强度。智能手机通过连接互联网，从互联网上获得试剂盒预置的标准曲线，根据层析卡上C线和T线的荧光信号强度与标准曲线的对照关系，计算出被检测目标检测物的含量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镧系高敏荧光层析装置，包括激发光源、移动装置、分光器、光源光路、荧光光路、光电转换器、电路装置和通信装置，所述移动装置包括一个步进马达以及由步进马达驱动的传动机构，在传动机构上放置层析检测卡，激发光源对应层析检测卡设置，在激发光源与层析检测卡之间设置分光器，分光器与层析检测卡之间设置光源光路，在分光器与光电转换器之间设置荧光光路，激发光源、光电转换器和移动装置由电路装置控制，电路装置驱动通信装置，通信装置连接终端。
2.根据权利要求1所述的镧系高敏荧光层析装置，其特征在于：所述激发光源发出的激发光波长大于420nm小于550nm。
3.根据权利要求1所述的镧系高敏荧光层析装置，其特征在于：所述激发光源激发层析检测卡上的荧光标记物所产生的荧光为长寿命荧光。
4.根据权利要求1所述的镧系高敏荧光层析装置，其特征在于：所述激发光源为LED光源。
5.根据权利要求1所述的镧系高敏荧光层析装置，其特征在于：所述电路装置包括可编程逻辑控制器、放大器、A/D转换器、光源开关、模拟开关和蓝牙，所述放大器、模拟开关和A/D转换器依次电联，A/D转换器和蓝牙均与可编程逻辑控制器电联，放大器与光电转换器电联，光源开关与激发光源电联，可编程逻辑控制器连接移动装置。
6.根据权利要求5所述的高敏荧光层析装置，其特征在于：所述电路装置包括有USB功能模块，电路装置通过USB功能模块或蓝牙连接终端。
7.根据权利要求1或6所述的高敏荧光层析装置，其特征在于：所述终端连接互联网，终端通过互联网获得检测样本的标准曲线，并将检测结果存储到互联网。
8.一种镧系高敏荧光层析检测方法，电路装置控制激发光源发出激发光，对层析检测卡进行照射，层析检测卡上的荧光微球被激发产生瞬时荧光，该瞬时荧光通过分光器后聚焦在光电转换器，光电转换器将荧光信号转换为电信号并传递给电路装置，电路装置采集到瞬时荧光信号强度值，其特征在于：所述激发光源发出的激发光波长大于420nm小于550nm，所述层析检测卡上的荧光微球为镧系荧光微球，在关闭激发光源的同时电路装置开始采集镧系荧光微球产生的荧光信号强度值，并连续采样400us以上，电路装置对采集到的荧光信号强度值求平均值或求加权平均值，从而获得层析检测卡上一个点的荧光信号强度值，电路装置通过移动装置控制层析检测卡移动，电路装置逐点采集层析检测卡上的荧光信号强度值，进而完成整个层析检测卡的检测。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述激发光源开启10-100us后关闭。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述电路装置将检测结果传递给终端，终端中的应用程序根据层析检测卡的荧光信号强度检测结果，计算出层析检测卡上C线和T线的荧光信号强度值，根据终端通过互联网获得检测样本的标准曲线，即C线和T线的荧光信号强度值与标准曲线的对照关系，计算得出被检测目标检测物的含量。
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