CN107478826A - 一种磁性传感器及基于其的免疫层析芯片检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性传感器，包括磁性检测元件、激励线圈和检测线圈；磁性检测元件为铁氧体，其上设置有检测开口；激励线圈缠绕在磁性检测元件上；检测线圈设置在检测开口处。本发明还公开了一种基于该磁性传感器的免疫层析芯片检测系统。其原理是利用超顺磁或者磁性纳米粒子作为标记探针制备磁性层析芯片，由高灵敏度的基于磁性传感器的免疫层析芯片检测系统测量结合在免疫复合物上微粒所产生的局部磁场效应，计算得出待测分析物的定量结果，具有高灵敏度、高准确性，且操作简便等特点。

Description

一种磁性传感器及基于其的免疫层析芯片检测系统

技术领域

本发明属于检测设备领域，具体涉及一种磁性传感器及基于其的免疫层析芯片检测系统。

背景技术

免疫层析测定法(Immunochromatographic Assay，简称ICA)是上世纪80年代发展起来的一种快速免疫分析技术，也是现场即时检测(point of care testing,POCT)的一种重要工具。该技术在检测特异性和灵敏性等方面具有和传统免疫分析技术同样的优势，且免疫层析检测法可以在更短时间内出检测结果，操作更简单易掌握，使其得以在环境监控、食品安全和疾病诊断等领域得到广泛应用。免疫层析检测主要借助免疫层析试纸条来完成，而免疫层析试纸条有四个必不可少的部分组成。其中硝酸纤维素膜作为层析和检测载体，是免疫反应的检测区域，其上固定有用于捕获免疫探针的特异性抗体或者抗原；结合垫用于承载和释放免疫探针；上样垫是样品液滴加的部件；吸收垫用于提供层析动力。将待测液滴加到上样垫之后，在毛细作用和虹吸作用下，样品顺着硝酸纤维素膜向吸收垫方向层析，同时，待测液中的相关成分和固定在滤膜上的抗原或抗体发生反应，形成免疫复合物后，滞留在检测区域，通过对标记物颜色的深浅或荧光的光密度分析，实现对待测物的定性、半定量、定量分析。

在传统的免疫层析检测中，指示物质通常包括胶体金、乳胶微球、荧光微球、碳颗粒及量子点等物质。目前，对这些指示物质的检测基本上都是肉眼观察定性结果，或者基于光电效应的仪器检测，在利用光电阅读仪检测已显色的试纸色带时，试纸条的固相表面容易干扰胶体金的显色过程，对其反射吸收测量的噪声大，使定量检测变得十分困难。另一方面，在检测过程中，基本上只能检测到硝酸纤维素膜表面到其10μm以下的部分。通常使用的膜材料厚度为100μm级别，指示物质在纤维膜上层析时，不仅存在于表面10μm的部分，而是在整个膜上从底部到顶部均有指示物质的分布，多达90％的指示物质却未被肉眼或光学仪器所测量到，这对于检测灵敏度是个极大的损失。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种磁性传感器，包括磁性检测元件、激励线圈和检测线圈；磁性检测元件为铁氧体，其上设置有检测开口；激励线圈缠绕在磁性检测元件上；检测线圈设置在检测开口处。

进一步地，磁性检测元件呈C字型结构，检测开口即为C字型结构的缺口缝隙，且缺口缝隙的尺寸为2-4mm。

进一步地，检测开口的两端均分别设置有柔性电路板；每个柔性电路板的内部均封装有两个并列排布的检测线圈。两端的柔性电路板及其内部封装的检测线圈形成了上、下双通道的结构。采用上、下双通道和双检测线圈差分检测的方式，大大提高了免疫层析芯片磁信号的灵敏度和准确性。柔性电路板，用于检测、并输出被测对象的信号结果。

进一步地，两个并列排布的检测线圈的间距是1-2mm，检测线圈的宽度是0.6-1mm。优选地，检测线圈的宽度是0.6mm、0.8mm或者1mm。

进一步地，检测线圈呈椭圆形或者矩形。

本发明还提供一种基于如上所述的磁性传感器的免疫层析芯片检测系统。

进一步地，该免疫层析芯片检测系统包括壳体、磁性层析芯片、电源、机械传动装置、测量控制装置、软件分析系统和磁性传感器；磁性层析芯片采用超顺磁或者磁性纳米粒子作为标记探针；

机械传动装置包括工作台、传动元件、步进电机、光栅和功率驱动器；工作台与传动元件连接，用于放置磁性层析芯片；传动元件又与步进电机连接，用于将步进电机输出的旋转运动转换为工作台的直线运动；光栅用于监测工作台的运动情况并反馈到步进电机使得步进电机根据反馈结果控制运动；功率驱动器用于产生驱动步进电机所需的电流；步进电机用于提供动力使得传动元件带动工作台以一定的速率穿过磁性传感器的检测开口；

测量控制装置包括依次数据连接的计算机、微控制器、信号处理器和A/D转换器；微控制器还与机械转动装置、磁性传感器数据连接；信号处理器与磁性传感器数据连接，用于对磁性传感器检测到的数据进行处理。

进一步地，传动元件包括滚珠丝杠或者丝杠螺母，将电机输出的旋转运动转换为工作台的直线运动。

进一步地，磁性层析芯片包括上样垫、结合垫、硝酸纤维素膜和吸水垫。

进一步地，其电路系统包括电源的供电电路、微控制器的电路、机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路、信号处理器的电路和磁性传感器的电路；

电源的供电电路与微控制器的电路、机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路和磁性传感器的电路均相连；微控制器的电路还与机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路和磁性传感器的电路相连；磁性传感器的电路还与信号处理器的电路相连；信号处理器的电路还与A/D转换器的电路相连。

进一步地，软件分析系统，包括微控制器上的软件程序和计算机上的软件程序。

进一步地，软件分析系统的程序模块包括受检者个人信息采集模块、磁性层析芯片检测区域图像采集模块、磁性层析芯片检测区域图像处理与结果判断模块、信息数据库模块和打印检测报告模块。

本发明的有益效果是：

1、采用磁性纳米粒子作为免疫标记物，测量磁信号，摆脱待测样品颜色的干扰问题；

2、检测全面，硝酸纤维素膜100μm厚度内的磁信号均可以检测到；

3、磁场信号的强弱与磁性微粒的数量呈直接线性关系，这一磁性检测固有的线性特点保证了分析的高灵敏度和准确性；

4、降低成本、操作简便、芯片自动定位、使用方便。

与常用方法相比，本发明通过在磁性检测元件的检测开口的两端均固定有柔性电路板，并且内部封装两个并列的检测线圈，采用上、下双通道和双线圈(两个并列检测线圈)差分检测的方式，大大提高了磁性层析芯片磁信号的灵敏度和准确性。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式中的磁性传感器的结构示意图。

图2是本发明的基于磁性传感器的免疫层析芯片检测系统的主要部件的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明公开了一种磁性传感器及基于其的免疫层析芯片检测系统，用于检测磁性层析芯片。其原理是利用超顺磁或者磁性纳米粒子作为标记探针制备磁性层析芯片，由高灵敏度的基于磁性传感器的免疫层析芯片检测系统测量结合在免疫复合物上微粒所产生的局部磁场效应，计算得出待测分析物的定量结果。

图1示出了磁性传感器的一个具体实施方式，在本实施例中，磁性传感器包括磁性检测元件1、激励线圈2和检测线圈3。磁性检测元件1为铁氧体，呈C字型结构。该C字型结构的缺口缝隙为检测开口11，其尺寸为2-4mm。检测开口11的两端均分别设置有柔性电路板，构成上通道和下通道。每个柔性电路板的内部均封装有两个并列排布的检测线圈3。这两个并列排布的检测线圈3的间距是1-2mm，检测线圈3的宽度是0.6-1mm。检测线圈3呈椭圆形或者矩形。内部封装有检测线圈3的柔性电路板非常非常薄类似于一张纸的厚度，不到1mm。当检测开口11处安装该柔性电路板后，对检测开口11的尺寸影响不大。图1中的V1和V2分别表示上通道和下通道检测到的电压信号。激励线圈2缠绕在磁性检测元件1上。

当在激励线圈2通电流时，磁性检测元件1将为磁性层析芯片的检测提供一个电磁场。尤其是一个均匀的电磁场。

在一个具体实施方式中，在上述磁性传感器的基础上，研发出来的免疫层析芯片检测系统包括壳体、磁性层析芯片、电源、机械传动装置、测量控制装置、软件分析系统和上述磁性传感器。

磁性层析芯片采用超顺磁或者磁性纳米粒子作为标记探针，包括上样垫、结合垫、硝酸纤维素膜和吸水垫。

机械传动装置包括工作台、传动元件、步进电机、光栅和功率驱动器；工作台与传动元件连接，用于放置磁性层析芯片；传动元件又与步进电机连接，用于将步进电机输出的旋转运动转换为工作台的直线运动；光栅用于监测工作台的运动情况并反馈到步进电机使得步进电机根据反馈结果控制运动；功率驱动器用于产生驱动步进电机所需的电流；步进电机用于提供动力使得传动元件带动工作台以一定的速率穿过磁性传感器的检测开口。

测量控制装置包括依次数据连接的计算机、微控制器、信号处理器和A/D转换器；微控制器还与机械转动装置、磁性传感器数据连接；信号处理器与磁性传感器数据连接，用于对磁性传感器检测到的数据进行处理，如图2所示。

该免疫层析芯片检测系统的电路系统包括电源的供电电路、微控制器的电路、机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路、信号处理器的电路和磁性传感器的电路。电源的供电电路与微控制器的电路、机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路和磁性传感器的电路均相连；微控制器的电路还与机械传动装置的电路、计算机的电路、A/D转换器的电路和磁性传感器的电路相连；磁性传感器的电路还与信号处理器的电路相连；信号处理器的电路还与A/D转换器的电路相连。

软件分析系统，包括微控制器上的软件程序和计算机上的软件程序。软件分析系统的程序模块包括受检者个人信息采集模块、磁性层析芯片检测区域图像采集模块、磁性层析芯片检测区域图像处理与结果判断模块、信息数据库模块和打印检测报告模块。

工作时：将一定量的待测样本滴加到磁性层析芯片的样品垫上，在毛细作用和虹吸作用下，待测样本顺着结合垫、硝酸纤维素膜向吸收垫方向层析，同时，待测样本中的相关成分在结合垫处被标记上采用超顺磁或者磁性纳米粒子做成的标记探针，然后和固定在硝酸纤维素膜上的抗原或抗体发生反应，形成免疫复合物后，滞留在硝酸纤维素膜的检测区域。免疫复合物在检测线和质控线上富集，免疫复合物含量与待测样本中的待测物含量成正比。由于免疫复合物中标记了超顺磁或者磁性纳米粒子，因此，当该磁性层析芯片通过一个均匀电磁场环境时，磁性层析芯片上免疫复合物的含量与磁通量的大小也成正比。

登录计算机端的软件分析系统在计算机上的软件程序，录入检测信息，包括：个人信息、检测疾病种类、检测时间、检测部门等。进入检测界面，链接硬件检测装置，设置检测重复次数，开始检测。将上述反应好的磁性层析芯片，水平放置于机械传动装置中。微控制器接到计算机给出的检测指令后，向机械传动装置发出工作指令，机械传动装置会带动磁性层析芯片以一定的速率，缓慢、平稳的穿过磁性传感器的检测开口。检测开口处的检测线圈会提取到磁性层析芯片上检测线、质控线区域滞留的免疫复合物中的磁通量信号，并传送给信号处理器，再经A/D转化器传输到微控制器，进行差分、放大等处理，并且最终将数据通过USB传输至计算机端的软件分析系统。在计算机端，通过微控制器可以控制磁性传感器上激励线圈的电流量从而控制磁性检测元件的电磁场强度大小。

检测结果最终以数据加曲线的形式呈现，信息显示区域有检测项目的选择，根据不同检测项目的阈值范围，软件分析系统通过统计分析可以给出检测结果的判断依据。软件分析系统会暂时保存所有的检测结果和检测芯片的数据信息，如果用户不选择保存按钮，则下次登录时该检测信息会丢失。软件分析系统之所以进行这种处理方式，是因为用户在检测界面可以多次检测同一个免疫层析芯片，避免错误或者是冗余信息保存到数据库中，增加软件分析系统负担。数据如果需要保存，则会记录下当前检测时间、数据处理前后的具体数值、检测线的信号强度和质控线的信号强度以及二者的比值信息、检测项目名称、检测的阴性或者阳性结果、待测物的参考数值等。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。尤其是上述具体实施方式中所公开的尺寸，并非对本发明的限定，而是为了更好地帮助理解本发明。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁性传感器，其特征在于，包括磁性检测元件、激励线圈和检测线圈；所述磁性检测元件为铁氧体，其上设置有检测开口；所述激励线圈缠绕在所述磁性检测元件上；所述检测线圈设置在所述检测开口处。

2.如权利要求1所述的磁性传感器，其特征在于，所述磁性检测元件呈C字型结构，所述检测开口即为所述C字型结构的缺口缝隙，且所述缺口缝隙的尺寸为2-4mm。

3.如权利要求1所述的磁性传感器，其特征在于，所述检测开口的两端均分别设置有柔性电路板；每个所述柔性电路板的内部均封装有两个并列排布的所述检测线圈。

4.如权利要求3所述的磁性传感器，其特征在于，两个并列排布的所述检测线圈的间距是1-2mm，所述检测线圈的宽度是0.6-1mm。

5.如权利要求3所述的磁性传感器，其特征在于，所述检测线圈呈椭圆形或者矩形。

6.一种基于如权利要求1所述的磁性传感器的免疫层析芯片检测系统。

7.如权利要求6所述的免疫层析芯片检测系统，其特征在于，包括壳体、磁性层析芯片、电源、机械传动装置、测量控制装置、软件分析系统和所述磁性传感器；所述磁性层析芯片采用超顺磁或者磁性纳米粒子作为标记探针；

所述机械传动装置包括工作台、传动元件、步进电机、光栅和功率驱动器；所述工作台与所述传动元件连接，用于放置所述磁性层析芯片；所述传动元件又与所述步进电机连接，用于将所述步进电机输出的旋转运动转换为所述工作台的直线运动；所述光栅用于监测所述工作台的运动情况并反馈到所述步进电机使得所述步进电机根据反馈结果控制运动；所述功率驱动器用于产生驱动所述步进电机所需的电流；所述步进电机用于提供动力使得所述传动元件带动所述工作台以一定的速率穿过所述磁性传感器的所述检测开口；

所述测量控制装置包括依次数据连接的计算机、微控制器、信号处理器和A/D转换器；所述微控制器还与所述机械转动装置、所述磁性传感器数据连接；所述信号处理器与所述磁性传感器数据连接，用于对所述磁性传感器检测到的数据进行处理。

8.如权利要求7所述的免疫层析芯片检测系统，其特征在于，其电路系统包括所述电源的供电电路、所述微控制器的电路、所述机械传动装置的电路、所述计算机的电路、所述A/D转换器的电路、所述信号处理器的电路和所述磁性传感器的电路；

所述电源的供电电路与所述微控制器的电路、所述机械传动装置的电路、所述计算机的电路、所述A/D转换器的电路和所述磁性传感器的电路均相连；所述微控制器的电路还与所述机械传动装置的电路、所述计算机的电路、所述A/D转换器的电路和所述磁性传感器的电路相连；所述磁性传感器的电路还与所述信号处理器的电路相连；所述信号处理器的电路还与所述A/D转换器的电路相连。

9.如权利要求7所述的免疫层析芯片检测系统，其特征在于，所述软件分析系统，包括所述微控制器上的软件程序和所述计算机上的软件程序。

10.如权利要求7所述的免疫层析芯片检测系统，其特征在于，所述软件分析系统的程序模块包括受检者个人信息采集模块、磁性层析芯片检测区域图像采集模块、磁性层析芯片检测区域图像处理与结果判断模块、信息数据库模块和打印检测报告模块。