CN107884571A - 便携式荧光免疫分析仪及便携式荧光分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式荧光分析仪，包括试条仓，用于插入荧光层析快速诊断试纸条；激发光源，位于荧光层析快速诊断试纸条的显色区域正上方，用于激发荧光层析快速诊断试纸条上的荧光物质，产生荧光发射光；摄像头位于激发光源上的采集通道上方入口处，用于采集荧光试纸的荧光发射光；通讯模块，用于发送摄像头采集的图像；处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作。
Description
技术领域
本发明属于荧光免疫层析领域，特别涉及便携式荧光分析技术。
背景技术
荧光免疫层析技术由于其灵敏性高、实用性强等特点，能够检测含量很低的诸如蛋白质、微生物等活性化合物，因而在临床医疗、食品安全检测等领域都得到了广泛的应用。荧光免疫层析检测的主要方式是通过荧光免疫分析仪检测荧光免疫层析试纸的荧光强度，所以在使用中检测仪是需要和检测试纸一起使用的，但荧光检测仪可以通用很多检测不同项目的荧光检测试纸，例如无论是荧光癌症检测试纸还是荧光早孕检测试纸，配合的都是同一个荧光检测仪。
附图1是现有的免疫荧光层析快速诊断试纸条的示意图。免疫荧光层析快速诊断试纸条主要是将特异性的抗原或抗体以条带状包被在NC膜的检测线上，荧光标记的抗原或抗体吸附在结合垫上，当待测样品101加到试纸条一端的加样孔105上后，通过毛细作用向前移动，溶解结合垫上的荧光标记的抗原或抗体，再移动至包被的抗原或抗体的检测线106(T线)处，如果样品中含有相应的抗体或抗原，包被在检测线上的抗原或抗体和荧光标记物与样品中的相应抗体或抗原结合，形成免疫复合物，荧光标记物富集在检测线处形成一条通过特定激发光102激发产生荧光103的检测线。如果待检血清中没有相应抗体，荧光标记物将不会与包被在检测线上的抗原或抗体结合，荧光标记物不会富集，检测线上不会出现能产生荧光的检测线。当样品与溶化了的荧光标记物继续往上移动至对照线104(C线)时，就与包被在对照线处的特异性抗体或抗原结合，在对照线上形成免疫复合物，出现一条通过激发产生荧光的对照线。检测线106和对照线104共同形成显色区域。
传统荧光免疫分析仪如附图2所示，主要是依靠光电检测系统，机械运动系统，激发光系统组成。步进电机201带动同步带202，使试条的托盘207沿直线运动，激发光系统与发射光系统固定在试条上方的固定位置上，光学镜片组204的作用是用来区分激发光和发射光，LED激发光源205前方安置了窄带滤光片，其作用是只允许激发波长的光信号通过。这样可以尽量减少杂光对其它物质的荧光激发和干扰。荧光物质在被激发光激发后会产生荧光信号的发射光，在光电池检测板203前安置了发射光波长的窄带滤光片，其作用是只允许发射光波长的光信号通过，这样可以屏蔽掉激发光和别的可能存在的物质被激发光激发出来的杂光信号。
随着试条沿直线运动，激发光系统发射出来激发光会在试条的反应区域形成一种类似于扫描的运动，在这个运动的过程中，光电池检测板203随时对接收到的发射光信号进行采集，由于荧光物质在被激发光激发后会产生荧光信号的发射光，且荧光信号会随着荧光物质的浓度升高而增强，没有荧光物质的地方则不产生荧光信号，所以通过上述方法可以检测出试条上荧光物质所发射出的荧光强度。
传统荧光免疫分析仪存在以下缺点：使用了机械运动结构，在使用过程中会由于机械部分故障，例如同步带松动，步进电机丢步，机械零件卡死等若干问题造成仪器不能进行检测或检测位置偏移。受检测电路AD转换速度及机械运动结构移动速度的限制，完成整个检测最短也需要30秒左右的时间。由于靠步进电机对托盘的移动进行控制，当试条由于批次原因造成的尺寸微小的变化会导致插入时托盘对试条的阻力超过了步进电机的锁定力量，导致试条在托盘中没有插到位，进而影响检测结果。由于机械结构和直线运动的空间导致仪器体积过大，无法实现小型化和便携化。由于使用了步进电机及在检测过程中各个部分都要与机械部分协调工作，导致整个设备功率较高，在使用过程中必须连接市电，无法实现便携或者野外、户外等环境中的使用。由于机械结构的存在及相应配套机械结构的位置的电子检测，也使整个仪器的成本上升很大。不利于设备的普及应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决传统荧光免疫分析仪容易受机械故障影响、不便携、成本高等问题，提供一种方便、准确率高、低成本的便携式荧光免疫分析仪。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便携式荧光分析仪，包括试条仓，用于插入荧光层析快速诊断试纸条；激发光源，位于荧光层析快速诊断试纸条的显色区域正上方，用于激发荧光层析快速诊断试纸条上的荧光物质，产生荧光发射光；摄像头位于激发光源上的采集通道上方入口处，用于采集荧光试纸的荧光发射光；通讯模块，用于发送摄像头采集的图像；处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作。
优选的，所述激发光源为对称分布在激发光源板的四个角上的四个特定激发光波长的灯。可选的，所述激发光源为对称分布在激发光源板上的2个或2个以上特定激发光波长的灯。
优选的，所述激发光源(302)前方有特定激发光波长的滤光片。
优选的，所述摄像头(301)头前方有荧光发射光波段的滤光片。
优选的，所述荧光层析快速诊断试纸条的显色区域周围可以加入识别码，用于区分试纸的类型和批次信息。
可选的，所述处理模块可以对拍摄的图像进行分析，得到相应发射光波段的光强。
可选的，所述通讯模块可以是WIFI、蓝牙、红外或usb模块。
本发明还提供了一种便携式荧光分析系统，包括：便携式荧光分析仪，用于对荧光层析快速诊断试纸条进行拍照；电脑，用于通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照，并接收便携式荧光分析仪发送的图片，对采集到的试纸图像进行分析；其中，该便携式荧光分析仪包括：试条仓，用于插入荧光层析快速诊断试纸条；激发光源，位于荧光层析快速诊断试纸条的显色区域正上方，用于激发荧光层析快速诊断试纸条上的荧光物质，产生荧光发射光；摄像头位于激发光源上的采集通道上方入口处，用于采集荧光试纸的荧光发射光；通讯模块，用于发送摄像头采集的图像；处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作。
此外，本发明还提供一种便携式荧光分析方法，包括以下步骤：S1，电脑通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照；S2，摄像头拍摄的图片通过便携式荧光免疫分析仪的通讯模块传输回电脑；S3，电脑分析出采集到的图像中包含的识别码信息，向服务器发送识别码信息；S4，服务器根据接收的识别码信息查询数据库中对应的批次信息，并向电脑发送相应的批次信息，电脑获取到图像中所反映的试纸的荧光值，并根据获取的批次信息进行计算，得到试纸所反映的检测结果。
可选的，本发明还提供另一种便携式荧光分析方法，包括以下步骤：S1，电脑通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照；S2，电脑直接对采集到的试纸图像进行分析，获取到图像中所反映的试纸的荧光值，根据内置的默认批次信息，或者人工输入批次信息，进行计算，得到试纸所反映的检测结果。
(三)有益效果
通过本发明的便携式荧光分析仪和便携式荧光分析系统，可以将荧光分析仪做成非常小巧便于携带的部件，从而可以在任何地方快速的进行样本检测。
附图说明
图1是现有的免疫荧光层析快速诊断试纸条的示意图。
图2是传统的荧光免疫分析仪示意图。
图3是本发明的便携式荧光免疫分析仪示意图。
图4是本发明的激发光源部件的局部结构示意图。
图5是本发明的激发光源为两个的激发光源部件的局部结构俯视图。
图6是本发明的试条仓部件的局部结构示意图。
图7是本发明的试条仓部件拆开后的局部结构示意图。
图8是本发明的免疫荧光层析快速诊断试纸条的示意图。
图9是本发明的荧光免疫分析仪的系统结构示意图。
具体实施方式
参考附图3，本发明的便携式荧光免疫分析仪包括摄像头301、激发光源302、试条仓303。本发明的便携式免疫分析仪内部还可以包括处理模块和通讯模块。处理模块和通讯模块可以位于本发明的便携式免疫分析仪的内部任意位置，具体结构参见图9。
试条仓303用于插入试条304，激发光源302位于试条304显色区域的正上方，激发光源302前方有特定激发光波长的滤光片，例如，可以是波长为365nm的滤光片，也可以是其他波段的滤光片。经过滤光片过滤后的激发光通过激发光通道305可以垂直照射在试条304的显色区域上。试纸上的荧光物质在激发光源的照射下产生荧光发射光。
摄像头301位于激发光源302上的采集通道306上方入口处，其包括CCD、CMOS等结构，用于采集荧光试纸的荧光发射光强度。在摄像头301前方有个荧光发射光波段的滤光片，例如，试条如果在365nm的激发光激发下会产生615nm的发射光，则在摄像头301镜头前放置615nm的滤光片，发射光通过615nm的滤光片后进入摄像头的镜头，615nm的光信号被摄像头采集到。处理模块可以对拍摄的图像进行分析，得到相应发射光波段的光强。通讯模块直接将图片发送给与之关联的电脑，可选的，也可以将分析得到的光强传送给与之关联的电脑。
图4是本发明的激发光源302的局部结构示意图。所述激发光源可以是LED、激光、灯泡、灯管等任何可以发出特定激发光波长的灯。本发明以具有特定激发光波长的灯401做为光源，在LED前面放置了一个特定激发光波长的窄带滤光片(未标识)。如图所示，一共有4个激发光源灯401a-401d对称分布在激发光源板的四个角，激发光源的中心具有采集通道306的入口402。可选的，激发光源可以是2个对称分布在激发光源板上的激发光源灯，如图5所示，激发光源灯501a和501b对称分布在激发光源板的两侧。激发光源的中心具有采集通道306的入口502。可选的，激发光源可以是更多特定激发光波长的灯，只要呈对称性分布即可。另外，激发光源的数量也可以是任意个数，例如1个斜上方的光源也可以满足激发光的要求。
图6是本发明的试条仓部件的局部结构示意图。在试条仓303中插入试条304。如图7所示，试条304插入试条仓303之后，显色区域304a正好对准激发光通道305。
试条304可以采用如图1所示的现有的免疫荧光层析快速诊断试纸条。另外，可以在试条的显色区域周围加入条形码或二维码或其他任何编码方式的识别码，用于区分试纸的类型和批次信息，如附图8所示，虚线框802内为显色区域。C线代表对照线，T线代表测试线，检测T线荧光值反应样本中待检物质的浓度，T线荧光值的高低与待检物质的浓度成比例关系，荧光值越高代表样本中待检物的浓度越高。外界的环境光线有很多不同，但是T线与C线都是处在同一个环境光线下，并且C线代表的荧光值是标准荧光值，C线代表对照区，从而以C线作为参考即可准确得出T线的荧光值。加样孔S用于放置被测样本。可选的，有些试纸也可以没有加样孔S，可以是吸样棒或者还可以将样本直接至于显色区。识别码801可以是二维码、条形码或其他用于识别的编码方式，用于区分试纸的类型和批次信息，识别码可以位于试纸条及外壳上的任意位置。此外，可选的，二维码可以存在于试条上、包装袋上、包装盒上，或某个附件中。如图8所示可以位于显色条上方，但并不局限于此，本领域技术人员可以理解，识别码也可以位于显色条下方或侧方任意位置，只要位于显色区域附近使得摄像头可以采集到其图像即可。
本发明的系统架构如图9所示，本发明的便携式荧光免疫分析仪901包括处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作，可选的，处理模块也可以对摄像头拍摄的图像进行分析，得到相应发射光波段的荧光值光强。通讯模块可以是WIFI、蓝牙、红外或usb模块。电脑902可以是台式或便携式平板电脑，或者具有智能功能的移动终端。在步骤S1，电脑902通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照。在步骤S2，摄像头拍摄的图片通过便携式荧光免疫分析仪901的通讯模块传输回电脑902。当试纸图片中包括识别码时，在步骤S3，电脑上的程序可以分析出采集到的图像中包含的条码或者二维码等识别码信息，然后向服务器903发送识别码信息。在步骤S4，服务器903根据接收的识别码信息查询数据库中对应的批次信息，并向电脑902发送相应的批次信息。与此同时，电脑获取到图像中所反映的试纸的荧光值，并根据获取的批次信息进行计算，得到试纸所反映的检测结果。
当试纸为不包含识别码的普通免疫荧光试纸时，在步骤S2，电脑902可以直接对采集到的试纸图像进行分析，获取到图像中所反映的试纸的荧光值，根据内置的默认批次信息，或者人工输入批次信息，进行计算，得到试纸所反映的检测结果。根据荧光值、批次信息计算检测结果的方法可以是现有的荧光免疫分析方法的任何一种。如果便携式荧光免疫分析仪的处理模块已经计算出图像反映的荧光值，则电脑直接利用该荧光值计算检测结果。
通过本发明的方法与系统，用户可以通过本发明的便携式荧光免疫分析仪简单而准确的进行样本测试，摆脱了现有的荧光免疫分析仪的机械运动结构的限制，具体的荧光值运算由计算机或移动终端来实现，使得本发明的荧光免疫分析仪小巧便携，可以运用在任何环境中。使用摄像头采集荧光信号的同时采集试纸上的条码或者二维码信息，这样同传统仪器相比我们节省了一套读取条码或者二维码的机构，在降低了成本的同时也减少了操作人员的操作步骤和传统机器需要先采集条码或二维码然后再采集荧光信号所需要的时间。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种便携式荧光分析仪，包括：
试条仓(303)，用于插入荧光层析快速诊断试纸条；
激发光源(302)，位于荧光层析快速诊断试纸条的显色区域正上方，用于激发荧光层析快速诊断试纸条上的荧光物质，产生荧光发射光；
摄像头(301)位于激发光源(302)上的采集通道(306)上方入口处，用于采集荧光试纸的荧光发射光；
通讯模块，用于发送摄像头采集的图像；
处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作。
2.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述激发光源(302)为对称分布在激发光源板的四个角上的四个特定激发光波长的灯。
3.如权利要求1或2所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述激发光源(302)前方有特定激发光波长的滤光片。
4.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述激发光源(302)为对称分布在激发光源板上的2个或2个以上特定激发光波长的灯。
5.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述摄像头(301)的前方有荧光发射光波段的滤光片。
6.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述荧光层析快速诊断试纸条的显色区域周围可以包括识别码，用于区分试纸的类型和批次信息。
7.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述处理模块可以对拍摄的图像进行分析，得到相应发射光波段的光强。
8.如权利要求1所述的便携式荧光分析仪，其中：
所述通讯模块可以是WIFI、蓝牙、红外或usb模块。
9.一种便携式荧光分析系统，包括：
便携式荧光分析仪，用于对荧光层析快速诊断试纸条进行拍照；
电脑，用于通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照，并接收便携式荧光分析仪发送的图片，对采集到的试纸图像进行分析；
其中，该便携式荧光分析仪包括：
试条仓(303)，用于插入荧光层析快速诊断试纸条；
激发光源(302)，位于荧光层析快速诊断试纸条的显色区域正上方，用于激发荧光层析快速诊断试纸条上的荧光物质，产生荧光发射光；
摄像头(301)位于激发光源(302)上的采集通道(306)上方入口处，用于采集荧光试纸的荧光发射光；
通讯模块，用于发送摄像头采集的图像；
处理模块，用于控制激发光源、摄像头以及通讯模块协调工作。
10.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，进一步包括：
服务器，用于接收电脑发送的识别码信息，根据接收的识别码信息查询数据库中对应的批次信息，并向电脑发送相应的批次信息。
11.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中
所述电脑可以是台式或便携式平板电脑，或者具有智能功能的移动终端。
12.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述激发光源(302)为对称分布在激发光源板的四个角上的四个特定激发光波长的灯。
13.如权利要求9或12所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述激发光源(302)前方有特定激发光波长的滤光片。
14.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述激发光源(302)为对称分布在激发光源板上的2个或2个以上特定激发光波长的灯。
15.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述摄像头(301)的前方有荧光发射光波段的滤光片。
16.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述荧光层析快速诊断试纸条的显色区域周围可以包括识别码，用于区分试纸的类型和批次信息。
17.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述处理模块可以对拍摄的图像进行分析，得到相应发射光波段的光强。
18.如权利要求9所述的便携式荧光分析系统，其中：
所述通讯模块可以是WIFI、蓝牙、红外或usb模块。
19.一种便携式荧光分析方法，包括以下步骤：
S1，电脑通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照；
S2，摄像头拍摄的图片通过便携式荧光免疫分析仪的通讯模块传输回电脑；
S3，电脑分析出采集到的图像中包含的识别码信息，向服务器发送识别码信息；
S4，服务器根据接收的识别码信息查询数据库中对应的批次信息，并向电脑发送相应的批次信息，电脑获取到图像中所反映的试纸的荧光值，并根据获取的批次信息进行计算，得到试纸所反映的检测结果。
20.一种便携式荧光分析方法，包括以下步骤：
S1，电脑通过通讯模块控制便携式荧光免疫分析仪对试纸进行拍照；
S2，电脑直接对采集到的试纸图像进行分析，获取到图像中所反映的试纸的荧光值，根据内置的默认批次信息，或者人工输入批次信息，进行计算，得到试纸所反映的检测结果。
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