CN107478642A - 一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法，基于胶体金试纸条中胶体金颗粒的光热效应，通过测定胶体金局部区域的特征红外辐射量来实现定量检测样品浓度的目的。它包括胶体金试纸条、激光发生器、激光聚焦镜、红外辐射采集传感器、红外滤光片。激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚焦后照射到试纸条中胶体金区，胶体金吸收光能并转换为热红外辐射，红外滤光片滤除背景光辐射，滤除杂光后的特征红外辐射光经红外辐射采集传感器转换某一温度值，通过建立采集温度值‑胶体金量‑样品浓度之间的关系曲线，来测定样品浓度。与常规红外成像检测光热效应方法相比，具有结构简单、价格便宜、稳定高效、易于操作特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法，应用于胶体金试纸条定量分析，属于分析检测技术领域。
背景技术
胶体金免疫试纸条检测技术是一种低成本、方便快捷、灵敏度高、稳定性强的快速检测技术，广泛应用于食品药品、医疗卫生领域。胶体金试纸条一般通过试纸条上测试线的颜色变化直观显示检测结果，目测得到定性检测结果，然而由于无法实现精确定量检测，限制了胶体金免疫试纸条检测技术的广泛应用。
为了实现定量检测，国内外对胶体金免疫试纸条定量检测技术及装置进行了研究开发。目前，主要采用光敏电阻测量方案、反射光纤传感器测量反射光强方案和图像传感器采集图像方案，对胶体金颜色变化进行定量测定。前两种方案灵敏度有限，受环境影响明显，而图像传感器采集图像方案需要强大的数据处理能力，需配置较贵的专门仪器，检测过程复杂繁琐，仍需开发新的定量检测技术。
胶体金是一种高光热效应的纳米颗粒，受到特定波长光的激发可诱大量的热辐射。因此，可以利用胶体金的光热效应对胶体金含量进行定量测定，使其可应用于胶体金试纸条的定量检测。而目前光热检测主要采用红外成像法对胶体金局部区域内的热辐射进行测量，然后对局部区域内的温度分布数据求取平均值，来反推胶体金的含量。目前红外成像法具有一定的缺陷，一是采用红外成像法直接对胶体金局部区域内的温度进行采集，并进行平均化处理，易于受背景温度的干扰，且无法体现胶体金受激发后高红外热辐射的优势；二是红外成像法需要复杂数据处理，装置较大且成本较高，不符合胶体金试纸条快速检测的要求。
因此目前亟需研究一种新型的基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法。本发明采用光热效应对胶体金进行定量检测的依据是胶体金含量与其所在区域的热辐射量成正比关系，通过测量胶体金局部区域内的热辐射量可反推出胶体金含量。与红外成像法直接测量胶体金局部区域内的温度不同，本发明的原理是直接检测胶体金局部区域内的热红外辐射，并采用红外滤光法滤除背景杂辐射，突出胶体金受激发产生的高特征红外辐射。另外，与红外成像法需要温度数据计算不同，本发明采用红外辐射采集传感器直接将红外辐射量转换为某一温度值，所得结果简单，无需复杂数据计算。因此，本检测装置和方法具有结构简单、体积小、成本低、数据处理简便、检测结果灵敏且可靠等优点。
实现本发明目的的技术方案为：
一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置，该装置包括胶体金试纸条、激光发生器、激光聚焦镜、红外辐射采集传感器和红外滤光片；其中，所述激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚集后照射到胶体金试纸条上的胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发红外辐射，所述红外辐射采集传感器将红外滤光片滤除背景杂光后的特征红外辐射转换为特定温度值。
优选的，所述激光聚焦镜的作用是调整光斑大小，通过调整激光聚焦镜与胶体金试纸条的相对距离和/或角度，使光斑覆盖胶体金检测区域。
优选的，所述激光发生器的激光波长选为胶体金的最佳吸收波长，所述最佳吸收波长范围为510～540nm。
优选的，所述红外滤光片的滤光范围为1um～15um，更优为3um～12um。
优选的，所述红外辐射采集传感器选用将红外辐射能直接转换为某一温度值的传感器。
本发明还保护上述装置在胶体金试纸条检测方法中检测样品浓度的应用。
本发明还提供一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测方法，该方法包括以下步骤：
将激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚焦后照射到胶体金试纸条中胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发热红外辐射，红外滤光片滤除部分背景光辐射，滤除杂光后的特征红外辐射光经红外辐射采集传感器转换某一温度值，通过建立采集温度值-胶体金量-样品浓度之间的关系曲线，来测定样品浓度。
本发明还保护上述方法在胶体金试纸条检测方法中检测样品浓度的应用。
本发明的有益效果：由于直接采集胶体金受激发所产生的特征热红外辐射，并将相应得红外辐射能直接转换为某一温度值，与红外成像法相比，检测结果更灵敏可靠，数据处理更简单，所用装置具有体积小、质量轻、成本低等优点。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置示意图。
图2是商品化鼠伤寒沙门氏菌视觉检测图。
图3是商品化鼠伤寒沙门氏菌温度传感器检测标准曲线。
图中，1为胶体金试纸条，2为激光聚焦镜，3为激光发生器，4为红外滤光片，5为红外辐射采集传感器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中胶体金免疫试纸条定量检测技术存在一定的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置，如图1所示，该装置包括胶体金试纸条1、激光发生器3、激光聚焦镜2、红外辐射采集传感器5和红外滤光片4；其中，所述激光发生器3发出的特定波长激光经激光聚焦镜2聚集后照射到胶体金试纸条1上的胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发红外辐射，所述红外辐射采集传感器5将红外滤光片4滤除部分背景杂光后的特征红外辐射转换为特定温度值。
在本发明优选的实施方式中，所述红外滤光片的滤光范围为1um～15um，更优为3um～12um。经过试验验证，选择此滤光范围的红外滤光片可高效滤除背景杂光，使得检测结果更加准确。
在本发明优选的实施方式中，所述激光发生器的激光波长选为胶体金的最佳吸收波长，所述最佳吸波长范围为510～540nm。
在本发明优选的实施方式中，通过调整激光聚焦镜与胶体金试纸条的相对距离和/或角度来调整光斑的大小，使光斑覆盖胶体金检测区域。
在本发明优选的实施方式中，所述红外辐射采集传感器选用将红外辐射能直接转换为某一温度值的传感器。
本发明还提供上述装置在胶体金试纸条检测方法中检测样品浓度的应用。
本发明还提供一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测方法，该方法包括以下步骤：
将激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚焦后照射到胶体金试纸条中胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发热红外辐射，红外滤光片滤除部分背景光辐射，滤除杂光后的特征红外辐射光经红外辐射采集传感器转换某一温度值，通过建立采集温度值-胶体金量-样品浓度之间的关系曲线，来测定样品浓度。
本发明还提供上述方法在胶体金试纸条检测方法中检测样品浓度的应用。
经过试验验证，本发明的检测方法与视觉检测法或红外成像法相比，检测结果更灵敏、准确可靠，数据处理更简单，所用装置具有体积小、质量轻、成本低等优点。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置，如图1所示，包括胶体金试纸条1、激光发生器3、激光聚焦镜2、红外辐射采集传感器5、红外滤光片4，其中，所述红外滤光片4的滤光范围为3um～12um。激光发生器3发出的特定波长激光经激光聚焦镜2聚焦后照射到胶体金试纸条1上胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发红外辐射，红外辐射采集传感器5测量红外滤光片4去除背景杂光后的红外辐射，获得某一温度值，此温度值反映了胶体金含量的大小。
其中，本实施例中所述激光发生器：三洋SANYO 100mW 532nm绿色激光模组；
激光聚焦镜：GOOD 400-700nm蓝光/绿光红光玻璃聚焦透镜；
红外辐射采集传感器：迈来芯MLX90614ESF红外非接触式测量传感器；
红外滤光片：富爱其光电850nm-14um FA-VISIONф5红外滤光片，选择滤光的范围为滤光范围为3um～12um。
该实施例还提供，采用上述装置并基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测工作过程，包括如下步骤：
步骤一：样品检测前，打开激光发生器对胶体金试纸条的检测线进行激光照射，红外辐射采集传感器对胶体金试纸条的检测区域进行空白测量；
步骤二：在试纸条上滴加测试样品，待完全显色后，打开激光发生器对胶体金试纸条的检测区域进行激光照射，并采用红外辐射采集传感器对胶体金检测区域内的红外辐射进行测量，获得测试温度值。
步骤三：测试温度减去空白温度对应于试纸条上检测前后胶体金含量变化诱发的红外辐射，可根据温度变化值-胶体金量-样品浓度之间的关系曲线反求得测试样品含量。
实施例2
检测装置与检测方法同实施例1，对商品化鼠伤寒沙门氏菌试纸条进行定量检测，商品化鼠伤寒沙门氏菌视觉检测图如图2所示。该实施例还建立了实施例1中定量检测方法的检测标准曲线，如图3所示，所得标准曲线的线性公式为：y＝1.2439x-7.1637，R2＝0.9887(x＝logC)，经过检测，在鼠伤寒沙门氏菌菌数为1.0×106CFU·mL-1时，温度升高值开始明显区别于空白对照，故该光热检测方法对鼠伤寒沙门氏菌细胞的最低检测限为1.0×106CFU·mL-1，故光热检测限比视觉检测限提高了约11倍，通过该实施例能够说明本发明检测方法的检测结果更灵敏和更准确，符合胶体金试纸条快速检测的要求。
以上结合附图详细说明了本发明，但是说明书仅是用于解释权利要求书的。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置，其特征是：该装置包括胶体金试纸条、激光发生器、激光聚焦镜、红外辐射采集传感器和红外滤光片；其中，所述激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚集后照射到胶体金试纸条上的胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发红外辐射，所述红外辐射采集传感器将红外滤光片滤除背景杂光后的特征红外辐射转换为特定温度值。
2.如权利要求1所述的定量检测装置，其特征是：所述激光发生器的激光波长选为胶体金的最佳吸收波长。
3.如权利要求2所述的定量检测装置，其特征是：所述最佳吸波长范围为510～540nm。
4.如权利要求1所述的定量检测装置，其特征是：所述激光聚焦镜的作用是调整光斑大小，通过调整激光聚焦镜与胶体金试纸条的相对距离和/或角度，使光斑覆盖胶体金检测区域。
5.如权利要求1所述的定量检测装置，其特征是：所述红外滤光片的滤光范围为1um～15um。
6.如权利要求5所述的定量检测装置，其特征是：所述红外滤光片的滤光范围为3um～12um。
7.如权利要求1所述的定量检测装置，其特征是：所述红外辐射采集传感器选用将红外辐射能直接转换为某一温度值的传感器。
8.权利要求1～7中任一项的所述装置在胶体金试纸条检测方法中检测样品浓度的应用。
9.采用权利要求1～7中任一项的所述装置的胶体金试纸条定量检测方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
将激光发生器发出的特定波长激光经激光聚焦镜聚焦后照射到胶体金试纸条中胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发热红外辐射，红外滤光片滤除部分背景光辐射，滤除杂光后的特征红外辐射光经红外辐射采集传感器转换某一温度值，通过建立采集温度值-胶体金量-样品浓度之间的关系曲线，来测定样品浓度。
10.如权利要求9所述的定量检测方法，其特征是，具体包括以下步骤：
步骤一：样品检测前，打开激光发生器对胶体金试纸条的检测线进行激光照射，红外辐射采集传感器对胶体金试纸条的检测区域进行空白测量；
步骤二：在胶体金试纸条上滴加测试样品，待完全显色后，打开激光发生器对胶体金试纸条的检测区域进行激光照射，并采用红外辐射采集传感器对胶体金检测区域内的红外辐射进行测量，获得测试温度值；
步骤三：测试温度减去空白温度对应于试纸条上检测前后胶体金含量变化诱发的红外辐射，可根据温度变化值-胶体金量-样品浓度之间的关系曲线反求得测试样品含量。
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