CN109142310A - 基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，包括移动智能终端、光学暗箱和将光学暗箱安装于移动智能终端上的适配器；在光学暗箱中，两个光学元件载体的设计可以在减少光学暗箱体积的基础上，达到加强摄像头对荧光信号的准确采集的目的，从而提高检测精度，并且光学暗箱中带通滤光片、匀光片和凹透镜的设置，以及贴片LED灯、带通滤光片、匀光片和凹透镜的中心在同一水平线上，也均在实现提高检测精度的目的上，减少了光学暗箱的体积，从而本发明可以达到便携的同时对多种分析物进行快速准确定量荧光检测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及荧光检测领域，具体涉及一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪。
背景技术
现已普及大量带有CCD摄像头或者CMOS摄像头的移动智能终端，例如智能手机、平板电脑、平板手机和智能手表等。CCD摄像头或者CMOS摄像头具备图像传感器功能，这些移动智能终端的相机系统可以实现化学发光检测过程的信号采集，其多核处理器可以对采集的信号进行高精准的处理和分析，并且分析得到的结果可以通过无线或有线方式进行传输和共享，辅以适当的光路设计即可实现整个便携式化学发光检测系统的搭建，该检测系统不需要独立的显示设备，大大降低了系统的设备成本和提高了便携性，能够实现原位快速检测。并且在便携式化学发光检测系统中，可以通过在纸芯片中包含多个测试区和与测试区对应的校正区，在纸芯片不同测试区添加不同待测的分析物，计算每一个测试区的光暗比ODR，按照待测分析物的定量指标与光暗比之间的校正关系，获取每一个测试区中待测分析物的定量指标，从而实现同时对多种分析物实现快速定量检测。
荧光检测是指利用某些物质在紫外光照射下产生荧光的特性通过其荧光强度进行物质的定性和定量的分析方法，由于荧光检测光路的特殊性，摄像头对荧光的敏感度稍弱，按照常规的结构设计容易导致检测结果的精度不够，而且实现光路设计的光学暗箱的体积也会较大，不易携带，尽管现有技术中已有实现同时对多种分析物实现快速定量检测的方法，但是目前还未出现能够同时对多种分析物进行快速准确定量检测且便携式的荧光检测系统。
发明内容
本发明提供了一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，可用于荧光检测，能够便携的同时对多种分析物进行快速准确定量荧光检测。其技术方案如下：
一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，包括：具备图像传感器功能的摄像头、触控显示屏和中央处理器的移动智能终端、光学暗箱和将所述光学暗箱安装于所述移动智能终端上的适配器；
所述光学暗箱设置有两个光学元件载体、一个凸透镜、一个用于放置纸芯片的纸芯片支架，所述纸芯片包含多个测试区和与测试区对应的校正区，所述校正区是与对应的测试区最邻近的空白区域，在所述纸芯片不同测试区添加不同待测的分析物；
所述两个光学元件载体分别放置在所述摄像头的两侧，所述光学元件载体设置有一个作为激发光光源的贴片LED灯，所述贴片LED灯的中心波长为365nm，沿所述贴片LED灯的射出光路的方向，所述光学元件载体还依次设置有一个带通滤光片、一个匀光片和一个凹透镜，且所述贴片LED灯、所述带通滤光片、所述匀光片和所述凹透镜的中心在同一水平线上，其中所述带通滤光片对所述贴片LED灯发出的光进行滤光，将通过所述带通滤光片的光的波长范围限定为365±10nm，所述匀光片使通过所述匀光片的光变得均匀，所述凹透镜对通过所述匀光片的光进行扩散，经过所述凹透镜扩散后的光照射在所述纸芯片上，所述纸芯片的测试区发生荧光反应，照射在所述纸芯片上的光在所述纸芯片上发生反射，反射后的光经过所述凸透镜后聚焦在所述摄像头上，所述摄像头对经过所述凸透镜聚焦后的光进行成像。
在上述发明中，光学暗箱中设置了两个光学元件载体，作为激发光光源的贴片LED灯发射的光经由光路设计在纸芯片上发生反射，两个光学元件载体可以在减少光学暗箱体积的基础上，达到加强摄像头对荧光信号的准确采集的目的，从而提高检测精度，并且所述带通滤光片、所述匀光片和所述凹透镜的设置，以及贴片LED灯、所述带通滤光片、所述匀光片和所述凹透镜的中心在同一水平线上，也均在实现提高检测精度的目的上，减少了光学暗箱的体积，从而本发明可以达到便携的同时对多种分析物进行快速准确定量荧光检测的目的。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪的零件图；
图2是本发明实施例中的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪的透视图；
图3是本发明实施例中的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪的光路原理图；
图4是本发明实施例中一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪的荧光检测流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，以下进行详细说明。
在本实施例中，多元检测芯片阅读仪所包括的移动智能终端为具有CCD摄像头的智能手机。
参照图1和图2，多元检测芯片阅读仪包括具有CCD摄像头、触控显示屏和中央处理器的智能手机1、光学暗箱8和将光学暗箱8安装于智能手机1上的适配器2；
在图1和图2中，为了便于理解光学暗箱8的内部结构，光学暗箱8采用透视的方式来展示其内部结构，光学暗箱8是不透光的，光学暗箱8具有独立内部光照条件，不受任何外界条件影响，达到均匀可重复照明，光学暗箱8设置有两个分别放置在所述摄像头的两侧的光学元件载体3、一个凸透镜安装在凸透镜支架4上、一个放置有纸芯片的纸芯片支架5，光学元件载体3和凸透镜支架4都是通过可插拔的方式安装的。
光学元件载体3通过可插拔的方式设置有一个作为激发光光源的贴片LED灯3-1，贴片LED灯3-1的中心波长为365nm，沿贴片LED灯3-1的射出光路的方向，光学元件支架3还依次设置有一个带通滤光片3-2、一个匀光片3-3和一个凹透镜3-4，且贴片LED灯3-1、带通滤光片3-2、匀光片3-3、凹透镜3-4的中心在同一水平线上。
在本实施例中，光学暗箱8还包括：一个5V转3.8V的降压模块6和一个用于电流输入的usb贴片7，usb贴片7连接外部5V电源并与降压模块6连接，实现对两个贴片LED灯3-1的3.8V电压供电。
由于贴片LED灯3-1发射出来的是中心波长为365nm的大范围波段的光，激发不精准，所以在其前方设置一个带通滤光片3-2，对贴片LED灯3-1发出的光进行滤光，将通过带通滤光片3-2的光的波长范围限定为365±10nm，以过滤掉其他波段的光。
由于贴片LED灯3-1发射出来的光在物理空间上呈现高斯分布，直接照射达不到均匀照明的效果，所以在其前方设置一个具有匀光作用的匀光片3-3，使通过匀光片3-3的光变得均匀，因为多元检测芯片阅读仪旨在实现多元快速检测，纸芯片支架5中的纸芯片的物理尺寸肯定较大，在确保纸芯片能被全部照明的前提下，为了缩短光学暗箱8的整体高度，在匀光片3-3的正前方设置了具有散光作用的凹透镜3-4，凹透镜3-4对通过匀光片3-3的光进行扩散。
在确保智能手机1的CCD摄像头能准确聚焦的前提下，为了减小光学暗箱的整体高度，在智能手机1的CCD摄像头的正前方设置了具有聚焦作用的凸透镜，如前所述，凸透镜安装在凸透镜支架4上。
凸透镜支架4中的凸透镜设置在智能手机1的CCD摄像头的正前方，凸透镜的与CCD摄像头的中心在同一水平线上，且与CCD摄像头之间的距离为凸透镜的一倍焦距值。纸芯片支架5设置在凸透镜支架4的正前方。
参见图3，打开贴片LED灯3-1，光路走向为：依次经过带通滤光片3-2、匀光片3-3和凹透镜3-4，经过凹透镜3-4扩散后的光在纸芯片支架5上发生反射，经过凹透镜3-4扩散后的光照射在纸芯片上，纸芯片的测试区发生荧光反应，照射在纸芯片上的光在纸芯片上发生反射，反射后的光经过凸透镜后聚焦在CCD摄像头上，CCD摄像头对经过凸透镜聚焦后的光进行成像。
纸芯片支架5可插拔设置于光学暗箱8中，纸芯片支架5分为底板与盖板两部分，底板和盖板通过磁片互相吸引从而贴合在一起，且通过所述贴合纸芯片固定在所述底板和所述盖板之间。
进一步的，本实施例中，带通滤光片3-2的直径为6mm，厚度为1mm。
进一步的，本实施例中，匀光片3-3的直径为10.3mm，厚度为2.13mm。
进一步的，本实施例中，凹透镜3-4为双凹透镜，直径为9.96mm，厚度为3.85mm，焦距为-6.37mm。
进一步的，本实施例中，凸透镜为双凸透镜，直径为12mm，厚度为3.05mm，焦距为10mm。
纸芯片包含多个测试区和与测试区对应的校正区，校正区是与对应的测试区最邻近的空白区域，在纸芯片不同测试区添加不同待测的分析物。
参见图4，多元检测芯片阅读仪的荧光检测流程为：把制作好的纸芯片放入纸芯片支架5中，把纸芯片支架5插入光学暗箱8中，开通光源，贴片LED灯3-1发出激发光，按照光路设计激发纸芯片测试区发生荧光反应，调用智能手机1的CCD摄像头进行拍照，对荧光进行成像，随后智能手机1的中央处理器首先把获取的纸芯片的彩色图像转换成位图(Bitmap格式)，在位图中分割出每一个测试区和与每一个测试区对应的校正区，分别提取测试区和校正区内每一个像素的R、G、B值，按照公式(R+G+B)/3对R、G、B进行平均值计算，记测试区内每一个像素的R、G、B的均值为,校正区内每一个像素的R、G、B的均值为按照公式计算每一个测试区的光暗比ODR，按照待测分析物的定量指标与光暗比之间的校正关系，根据测试区的光暗比通过插值计算获取每一个测试区的待测分析物的定量指标，根据测试区的光暗比获取每一个测试区的待测分析物的定量指标，将获取的定量指标显示在智能手机1的显示屏上，同时，智能手机1的中央处理器可以对获取每一个测试区的待测分析物的定量指标进行保存、生成PDF版的测试报告和通过Email、蓝牙、社交工具等方式进行共享。
在本发明实施例中，光学暗箱8中设置了两个光学元件载体3，作为激发光光源的贴片LED灯3-1发射的光经由光路设计在纸芯片上发生反射，两个光学元件载体3可以在减少光学暗箱8体积的基础上，达到加强摄像头对荧光信号的准确采集的目的，从而提高检测精度，并且带通滤光片3-2、匀光片3-3和凹透镜3-4的设置，以及贴片LED灯3-1、带通滤光片3-2、匀光片3-3和凹透镜3-4的中心在同一水平线上，也均在实现提高检测精度的目的上，减少了光学暗箱8的体积，从而可以达到便携的同时对多种分析物进行快速准确定量荧光检测的目的。
以上对本发明实施例所提供的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，包括：具备图像传感器功能的摄像头、触控显示屏和中央处理器的移动智能终端、光学暗箱和将所述光学暗箱安装于所述移动智能终端上的适配器；
所述光学暗箱设置有两个光学元件载体、一个凸透镜、一个用于放置纸芯片的纸芯片支架，所述纸芯片包含多个测试区和与测试区对应的校正区，所述校正区是与对应的测试区最邻近的空白区域，在所述纸芯片不同测试区添加不同待测的分析物；
所述两个光学元件载体分别放置在所述摄像头的两侧，所述光学元件载体设置有一个作为激发光光源的贴片LED灯，所述贴片LED灯的中心波长为365nm，沿所述贴片LED灯的射出光路的方向，所述光学元件载体还依次设置有一个带通滤光片、一个匀光片和一个凹透镜，且所述贴片LED灯、所述带通滤光片、所述匀光片和所述凹透镜的中心在同一水平线上，其中所述带通滤光片对所述贴片LED灯发出的光进行滤光，将通过所述带通滤光片的光的波长范围限定为365±10nm，所述匀光片使通过所述匀光片的光变得均匀，所述凹透镜对通过所述匀光片的光进行扩散，经过所述凹透镜扩散后的光照射在所述纸芯片上，所述纸芯片的测试区发生荧光反应，照射在所述纸芯片上的光在所述纸芯片上发生反射，反射后的光经过所述凸透镜后聚焦在所述摄像头上，所述摄像头对经过所述凸透镜聚焦后的光进行成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，所述凹透镜与所述匀光片的距离等于所述凹透镜的一倍焦距的绝对值。
3.根据权利要求2所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，所述凸透镜放置在所述摄像头的正前方，与所述摄像头之间的距离为所述凸透镜的一倍焦距值，且所述凸透镜与所述摄像头的中心在同一水平线上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，
所述带通滤光片可插拔设置在所述光学元件载体中，所述带通滤光片的直径为6mm，厚度为1mm。
5.根据权利要求4所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，
所述匀光片可插拔设置在所述光学元件载体中，所述匀光片的直径为10.3mm，厚度为2.13mm。
6.根据权利要求5所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，
所述凹透镜可插拔设置在所述光学元件载体中，所述凹透镜为双凹透镜，直径为9.96mm，厚度为3.85mm，焦距为-6.37mm。
7.根据权利要求6所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，
所述凸透镜可插拔设置在所述光学暗箱中，所述凸透镜为双凸透镜，直径为12mm，厚度为3.05mm，焦距为10mm。
8.根据权利要求7所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，所述光学暗箱还包括：
一个5V转3.8V的降压模块和一个用于电流输入的usb贴片，所述usb贴片连接外部5V电源并与所述降压模块连接，实现对两个贴片LED灯的3.8V电压供电。
9.根据权利要求8所述的一种基于移动智能终端的多元检测芯片阅读仪，其特征在于，所述纸芯片支架可插拔设置于所述光学暗箱中，所述纸芯片支架分为底板与盖板两部分，所述底板和所述盖板通过磁片互相吸引从而贴合在一起，且通过所述贴合所述纸芯片固定在所述底板和所述盖板之间。
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Inventor after: Yi Changqing Inventor after: He Aitong Inventor after: Jiang Lelun Inventor before: Yi Changqing Inventor before: Jiang Lelun Inventor before: He Aitong |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |