CN107655889A - 基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置及应用。该装置包含阅读检测仪和试纸条检测卡；阅读检测仪包含顶盖、外壳以及依次排布的光源、透光孔A、检测卡卡槽、透光孔B和手机卡槽；光源设置在顶盖内，检测卡卡槽和手机卡槽设置在外壳内；透光孔A和透光孔B设置在外壳上；试纸条检测卡中的检测区域为无遮挡光线的结构。在应用时，将试纸条检测卡插入检测卡卡槽中，将智能手机插入手机卡槽中，在检测卡上加入待测样本；打开开关即可得到检测物浓度。本发明能够用于定量阅读多种基于比色信号系统的层析试纸条检测结果，具有成本经济，易于携带，操作简单，可塑性强等优点，适合在基层医疗、家庭检测以及现场快速检测推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种试纸条阅读装置，特别涉及一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置及应用。
背景技术
免疫层析试纸条检测技术(Immunochromatographic Strip，ICS)也称侧向层析试纸条(Lateral Flow Strip，LFS)，由Unipath在1988年提出，是一种一次性、廉价、即时的免疫学快速检测方法，由于其具有良好的稳定性、特异性、敏感性和灵敏度，得到了POCT诊断市场的广泛欢迎，并得到了快速发展。比色层析试纸条是指通过颜色变化来进行检测结果判读的一类试纸条，主要包括胶体金比色层析试纸条和有色乳胶微球比色层析试纸条等等。比色层析试纸条的结果判读主要通过肉眼观察，对检测结果进行定性判读，如果需要做到定量判读则需要借助仪器或者需要运用专门的图片分析软件进行颜色比对分析，进行计算后转化成为检测结果。比色层析试纸条检测技术已经发展非常成熟，市场上有许多成熟的产品，在医学诊断、食品安全、环境检测等领域广泛运用。由于比色层析试纸条具有检测成本低、检测时间短等优点同样非常适合家庭个体使用，然而运用肉眼判读仅仅能初步定性分析，并且个体误差较大，缺乏统一标准，而运用仪器和分析软件对检测结果进行判断分析则在检测成本和对用户的软件使用技能上存在较高的要求，从而影响了比色层析试纸条检测技术的推广运用，不能将这项成熟技术发挥出更大作用。
智能手机是我们日常生活中不可或缺的电子设备，几乎人手一台，遍布全球各地，各个角落。智能手机除了用于通讯还可用于上网、拍照、工作、娱乐、购物、付款、上传分享生活，可以说，现代人的生活已经离不开智能手机了。现在的智能手机已经集成了多种功能，拥有功能强大的核心处理器，高分辨率的摄像头，高速的网络，能随时把数据上传至云端，做到数据的实时共享，同时十分方便携带，而且成本越来越低。因此，如果能将智能手机与疾病诊断、环境检测、食品安全等领域良好结合起来，则能发挥出超乎想象的潜力，对我们社会产生巨大的影响。比色层析试纸条在检测的各个领域都发挥着巨大的作用，若能将智能手机的独特功能与比色层析试纸条检测技术结合到一块，对于比色层析试纸条检测技术的推广与应用具有重大意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置。
本发明的另一目的在于提供所述基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，包含阅读检测仪和试纸条检测卡；
阅读检测仪包含顶盖、外壳、光源、检测卡卡槽和手机卡槽；光源、检测卡卡槽和手机卡槽依次排布；光源设置在顶盖内，检测卡卡槽和手机卡槽设置在外壳内；在外壳上设置透光孔A和透光孔B，其中，透光孔A位于光源和检测卡卡槽之间，透光孔B位于检测卡卡槽和手机卡槽之间，从而光源发出的光线经过透光孔A进入检测卡卡槽中，再经过透光孔B进入手机卡槽中。
所述的阅读检测仪还包含开关、电阻、电池；开关、电阻、电池和光源通过导线连成完整的电路。
所述的电池优选为纽扣式电池；更优选为3个纽扣式电池形成的电池组。
所述的电阻的作用是调节光源的光强。
所述的顶盖和外壳为通过3D打印得到的顶盖和外壳；优选通过如下步骤制备得到：采用Solidworks软件设计，打印材料为聚乳酸(PLA)3D打印材料，由3D打印机打印完成。
所述的光源优选为发光二极管，发光二极管作为激发光源，其激发光波长应该和检测物反应后的最终底物的最强吸收波长匹配。
所述的检测卡卡槽用于放置试纸条检测卡，试纸条检测卡上的T线(检测线)或者C线(质控线)正对于所述的透光孔A。
所述的手机卡槽用于将所述的阅读检测仪固定到智能手机，智能手机的环境光传感器正对于所述的透光孔B。
所述的透光孔A和所述的透光孔B的大小相同，是直径为2mm的圆形小孔，光源、透光孔A、试纸条检测卡的检测区、透光孔B和智能手机的环境光传感器在一条直线上，光源发出的光通过透光孔，穿透试纸条检测卡的检测区，最后被手机环境光传感器探测到形成检测信号。
所述的试纸条检测卡为特殊加工后的空底检测卡，即试纸条的检测线和质控线区域为无遮挡光线的结构，从而可以透光，手机光感传感器可以探测得到。
所述的试纸条检测卡优选包含卡壳和设置于卡壳中的试纸条；试纸条包含底板和设置在底板上依次排布的样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜、吸收水垫；硝酸纤维素膜上设置有检测线(T线)和质控线(C线)，底板分为前底板和后底板，前底板和后底板的中间相距1cm，形成中空区域；硝酸纤维素膜的检测线和质控线位于中空区域；卡壳包括上卡壳和下卡壳，上卡壳上设置有加样孔和检测窗口，检测窗口对应硝酸纤维素膜的检测线和质控线检测区域；下卡壳上设置有中空区域，中控区域对应硝酸纤维素膜的检测线和质控线检测区域；从而，硝酸纤维素膜的检测线和质控线处没有遮挡光线的结构。
所述的试纸条检测卡包括基于胶体金为信号探针和彩色乳胶微球为信号探针的比色层析试纸条。
所述基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置的应用，包括如下步骤：
(1)将上述阅读检测仪和智能手机进行组合并固定，使得智能手机的环境光传感器置于阅读检测仪的透光孔B的正下方；
(2)将试纸条检测卡插入到检测卡卡槽中，并使得T线位于透光孔A正下方；
(3)在试纸条检测卡上加入待测样本，等待检测完成；
(4)打开阅读检测仪的开关，光源发出的光线透过NC膜T线后被手机光感传感器所检测，并且透射光强度通过相应的软件显示到手机屏幕上，通过手机感光模块检测到的光强度，从而能计算出检测物的浓度。
所述的智能手机是带有环境光感传感器的智能手机，优选为带有环境光光感传感器、且操作系统为安卓系统的智能手机，如：小米note，小米5，华为P10等。
本发明的原理：比色层析试纸条的结果是通过T线颜色深浅来判断，并且通过分析软件进行灰度分析后的到定量的结果。目前市场上流通的智能手机上都安装有光感传感器，以调节手机屏幕的亮度。本发明的原理是当比色层析试纸条检测步骤完成后，在T线上形成均匀的颜色分布，颜色的变化反应待测物浓度的高低。打开阅读仪的开关，使发光二极管发出的光投射过T线，T线颜色越深则光可透光性越差，手机光感传感器检测到的光强信号越弱，通过光强度，就可以计算出检测物的浓度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明具有制备成本低，易于携带的优点，与传统检测分析方法比较，更加适合在家庭检测使用，在基层医疗单位使用，以及检测现场使用。
(2)本发明中可以编码相应的软件，并且可以储存校准曲线，使得检测结果直接可以表述为检测物的浓度。
(3)本发明的检测结果可以和互联网连接起来，用户可以将检测结果上传，一些专业的检查机构和分析平台可以快速的对检测结果进行分析反馈。
(4)本发明所述的智能手机的比色层析试纸条阅读仪，应用范围广，能够用于阅读多种比色层析试纸条的检测结果，可分析多种检测项目；对市场上成熟的比色层析试纸条产品的结构和外形稍加改动，就可用于本阅读仪读取检测结果，具有极强的可塑性。
附图说明
图1是本发明提供的阅读检测装置中的阅读检测仪的结构示意图；其中：1-顶盖、2-光源、3-电阻、4-开关、5-电池、6-透光孔A、7-检测卡卡槽、8-透光孔B、9-外壳，10-手机卡槽。
图2是本发明提供的阅读检测装置中的试纸条检测卡的示意图；其中：11-样品垫、12-结合垫、13-NC膜、14-检测线(T线)、15-质控线(C线)、16-吸收水垫、17-后底板、18-前底板。
图3是本发明提供的试纸条卡壳结构示意图；其中，图A是俯视图，图B是仰视图。
图4是本发明提供的阅读检测装置中的阅读检测仪在应用时的示意图。
图5是运用Image J软件对拍摄的胶体金试纸条照片的T线进行灰度分析所得结果图；其中，图A是曲线图，图B是标准曲线图。
图6是运用本发明提供的阅检测装置对胶体金试纸条的T线进行透射光强度分析所得结果图；其中，图A是曲线图，图B是标准曲线图。
图7是本发明提供的阅读检测装置对胶体金试纸条的分析结果与传统灰度分析结果的相关性分析图。
图8是运用Image J软件对拍摄的紫色乳胶微球试纸条照片的T线进行灰度分析所得结果图；其中，图A是曲线图，图B是标准曲线图。
图9是运用本发明提供的阅检测装置对紫色乳胶微球试纸条的T线进行透射光强度分析所得结果图；其中，图A是曲线图，图B是标准曲线图。
图10是本发明提供的阅读检测装置对紫色乳胶微球纸条的分析结果与传统灰度分析结果的相关性分析结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，包含阅读检测仪和试纸条检测卡；
如图1所示，阅读检测仪包含顶盖1、外壳9、光源2、电阻3、开关4、电池5、检测卡卡槽7和手机卡槽10；开关4、电阻3、电池5和光源2通过导线连成完整的电路，设置在顶盖1内；光源2、检测卡卡槽7和手机卡槽10依次排布；检测卡卡槽7和手机卡槽10设置在外壳9内；在外壳9上设置透光孔A 6和透光孔B 8，其中，透光孔A 6位于光源2和检测卡卡槽7之间，透光孔B 8位于检测卡卡槽7和手机卡槽10之间。具体地：光源2为LED光源。顶盖1和外壳9通过如下步骤制备得到：采用Solidworks软件设计，打印材料为聚乳酸(PLA)3D打印材料，由一台普通的3D打印机打印完成。电池5是3个纽扣式电池形成的电池组。透光孔A 6和所述的透光孔B 8的大小相同，是直径为2mm的圆形小孔，光源2、透光孔A 6、试纸条检测卡的检测区、透光孔B 8和智能手机的环境光传感器在一条直线上，光源2发出的光通过透光孔，穿透试纸条检测卡的检测区，最后被手机环境光传感器探测到形成检测信号。
如图2所示，试纸条检测卡中的试纸条由底板和设置在底板上、依次排布的样品垫11、结合垫12、NC膜13和吸收水垫16和组成，NC膜13上设置有检测线(T线)14和质控线(C线)15，底板分为前底板17和后底板18，前底板17和后底板18中间相距1cm，而NC膜13的T线和C线位置正好为中空。如图3所示，试纸条装入到卡壳中，上卡壳检测区域为中空，下卡壳对应NC膜T线和C线区域为中空。
使用的步骤如下：
(1)将上述阅读检测仪和智能手机进行组合并固定，使得智能手机的环境光传感器置于阅读检测仪的透光孔B的正下方；将试纸条检测卡插入到检测卡卡槽中，并使得T线位于透光孔A正下方；如图4所示。
(2)在试纸条检测卡上加入待测样本，等待检测完成；
(3)打开阅读检测仪的开关，光源发出的光线透过NC膜T线后被手机光感传感器所检测，并且透射光强度通过相应的软件显示到手机屏幕上，通过手机感光模块检测到的光强度，从而能计算出检测物的浓度。
实施例2
基于智能手机的比色层析试纸条阅读仪判读胶体金层析试纸条，包括如下步骤：
(1)试纸条组装：试纸条结构如图2所示，本实例中试纸条NC膜T线上包被0.5mg/mL1.5μL/cm葡萄球菌A蛋白(SPA)，结合垫为空白结合垫，将试纸条进行组装后，装入到卡壳(图3)中；
(2)探针液制备：1mL浓度为0.1mg/mL、平均粒径为30nm的胶体金颗粒溶液(AuNPs)用浓度为0.025M的K2CO3调节pH到8，然后加入5μL 1mg/mL羊抗鼠IgG混匀搅拌反应20min，静置反应20min，然后加入100μL 10％(w/v)BSA混匀搅拌反应15min，静置反应15min，8000rpm离心15min去上清，最后复溶到100μL；
(3)反应液的制备：100μL反应液中分别包含6.4μL、3.2μL、1.6μL、0.8μL、0.4μL、0.2μL、0.1μL、0μL探针液，剩余液体用0.015M pH＝7.4的磷酸缓冲液补齐到100μL；
(5)反应：将反应液加入到试纸条检测卡的上样孔中，10min后反应完成；
(6)检测：将反应完全后的胶体金试纸条在自然光下进行拍照，然后用智能手机比色层析试纸条阅读检测仪进行光强数据读取；
(7)数据分析：
①对拍摄的胶体金试纸条照片的T线运用Image J软件进行灰度分析，以胶体金浓度为横坐标，灰度分析得到的峰面积为纵坐标，绘制曲线和标准曲线(图5)，检测范围在4-128μg/mL，相关系数0.999；
②以胶体金浓度为横坐标，阅读仪检测到透射光强度值为纵坐标，绘制曲线和标准曲线(图6)，检测范围在4-128μg/mL，相关系数0.997；
③以峰面积为横坐标，阅读仪的透射光强度值为纵坐标，绘制相关性曲线(图7)，两种分析方法的相关系数达到0.992；
(8)结果：所检测到的投射光强度与灰度分析值是反向相关，两种结果判读方法相关性系数到达0.99，说明两种方法结果基本吻合，基于智能手机的比色层析阅读仪可用于以胶体金为信号探针的层析试纸条的结果判读。
实施例3
基于智能手机的比色层析试纸条阅读仪判读紫色乳胶微球试纸条，包括如下步骤：有紫色乳胶微球购于广州万浮生物技术股份有限公司。
(1)试纸条组装：试纸条结构如图2所示，本实例中试纸条NC膜T线上包被0.5mg/mL1.5μL/cm葡萄球菌A蛋白(SPA)，结合垫为空白结合垫，将试纸条进行组装后，装入到卡壳中；
(2)探针液制备：取100μL 1mg/mL紫色乳胶微球(PNPs)加入900μL双蒸水，加入20μL 1‰(w/v)EDC(碳二亚胺)和10μL 1‰(w/v)NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)混匀搅拌反应30min，然后加入10μL 1mg/mL羊抗鼠IgG混匀搅拌反应2h，加入100μL 10％(w/v)BSA混匀搅拌反应1h，9000rpm离心15min，去除上清，最后复溶到100μL；
(3)反应液的制备：100μL的反应液中分别包含6.4μL、3.2μL、1.6μL、0.8μL、0.4μL、0μL探针液，剩余液体用0.015M pH＝7.4的磷酸缓冲液补齐到100μL；
(5)反应：将反应液加入到试纸条检测卡的上样孔中，10min后反应完成；
(6)检测：将反应完全后的紫色乳胶微球试纸条在自然光下进行拍照，然后用智能手机比色层析试纸条阅读仪进行光强数据读取；
(7)数据分析：
①对拍摄的紫色乳胶微球试纸条照片的T线运用Image J软件进行灰度分析，以紫色乳胶微球浓度为横坐标，灰度分析得到的峰面积值为纵坐标，绘制曲线和标准曲线(图8)，检测范围在4-64μg/mL；
②以紫色乳胶微球浓度为横坐标，阅读仪检测到光强值为纵坐标，绘制曲线和标准曲线(图9),检测范围在4-64μg/mL；
③以峰面积值为横坐标，阅读仪的光强值为纵坐标，绘制相关性曲线(图10)，两种分析方法的相关系数达到0.988；
(8)结果：所检测到的投射光强度与灰度分析是反向相关，两种结果判读方法相关性系数到达0.9878，说明两种方法结果基本吻合，基于智能手机的比色层析阅读仪可用于以紫色乳胶微球为信号探针的层析试纸条的结果判读。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：包含阅读检测仪和试纸条检测卡；
阅读检测仪包含顶盖、外壳、光源、检测卡卡槽和手机卡槽；光源、检测卡卡槽和手机卡槽依次排布；光源设置在顶盖内，检测卡卡槽和手机卡槽设置在外壳内；在外壳上设置透光孔A和透光孔B，其中，透光孔A位于光源和检测卡卡槽之间，透光孔B位于检测卡卡槽和手机卡槽之间；
试纸条检测卡中的试纸条的检测线和质控线区域为无遮挡光线的结构。
2.根据权利要求1所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：还包含开关、电阻、电池；开关、电阻、电池和光源通过导线连成完整的电路。
3.根据权利要求2所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：所述的电池为纽扣式电池。
4.根据权利要求1所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：所述的顶盖和外壳为通过3D打印得到的顶盖和外壳。
5.根据权利要求1所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：所述的光源为发光二极管。
6.根据权利要求1所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：所述的透光孔A和所述的透光孔B的大小相同，是直径为2mm的圆形小孔。
7.根据权利要求1～6任一项所述的基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置，其特征在于：所述的试纸条检测卡包含卡壳和设置于卡壳中的试纸条；试纸条包含底板和设置在底板上依次排布的样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜、吸收水垫；硝酸纤维素膜上设置有检测线和质控线，底板分为前底板和后底板，前底板和后底板的中间相距1cm，形成中空区域；硝酸纤维素膜的检测线和质控线位于中空区域；卡壳包括上卡壳和下卡壳，上卡壳上设置有加样孔和检测窗口，检测窗口对应硝酸纤维素膜的检测线和质控线检测区域；下卡壳上设置有中空区域，中控区域对应硝酸纤维素膜的检测线和质控线检测区域。
8.权利要求1～7任一项所述基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置的应用，其特征在于包括如下步骤：
(1)将上述阅读检测仪和智能手机进行组合并固定，使得智能手机的环境光传感器置于阅读检测仪的透光孔B的正下方；
(2)将试纸条检测卡插入到检测卡卡槽中，并使得T线位于透光孔A正下方；
(3)在试纸条检测卡上加入待测样本，等待检测完成；
(4)打开阅读检测仪的开关，光源发出的光线透过NC膜T线后被手机光感传感器所检测，并且透射光强度通过相应的软件显示到手机屏幕上，通过手机感光模块检测到的光强度，从而能计算出检测物的浓度。
9.根据权利要求8所述基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置的应用，其特征在于：所述的智能手机为带有环境光感传感器的智能手机。
10.根据权利要求9所述基于智能手机的比色层析试纸条阅读检测装置的应用，其特征在于：所述的智能手机为带有环境光传感器、且操作系统为安卓操作系统的智能手机。
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