CN113984724A - 一种基于钙离子探针的血钙检测机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及血钙检测技术领域，尤其涉及一种基于钙离子探针的血钙检测机构，主体包括：试管架、LED激发光源、导光单元和智能手机，所述试管架含有多个通道，每个通道的顶部开口同轴垂直嵌入有探针试管，通道一侧设有开口，所述LED激发光源上覆盖有滤光片并共同设置在所述开口侧，通道底部设有与所述顶部开口同轴位置的开孔，开孔处安装有聚光透镜，所述导光单元一端与聚光透镜安装连接，另一端设置连接在智能手机的手机摄像头处。本发明针对试剂反应的特点设计了便携式的检测机构，在简化操作和降低成本的同时，能够提供更高的检测精确度和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及血钙检测技术领域，尤其涉及一种基于钙离子探针的血钙检测机构。
背景技术
血液中的钙离子（Ca2+）浓度对人体的内环境稳态和正常生理活动开展都有着重要影响。相较于临床检查关注较多的血液总钙含量，钙离子（Ca2+）浓度的检测具有更高的临床价值，其数值的异常能够明确表征营养不良，甚至对甲状腺疾病、肝脏疾病以及多种癌症的诊断起到参考作用。当钙离子（Ca2+）浓度较低（＜0.875mmol/L） 时，会抬升神经和肌肉的应激性，导致手足抽搐；浓度较高时（＞1.25mmol/L）会引发高钙血症，抑制神经及肌肉的兴奋性，临床表现为疲劳、反射减弱，严重的会出现精神障碍、僵硬和昏迷，甚至损害肾脏；浓度过高时（＞2.25mmol/L ）则称为高钙血症危象，严重的会引发心脏骤停和肾衰等导致死亡。
在目前对血液中Ca2+离子浓度检测的方法有金属铬指示剂法、偶氮胂指示剂法、电极法、酶法等。临床上常用的方法主要为偶氮胂Ⅲ法、OCPC法以及酶法，三种方法均为比色法，通过血液样本中的钙离子与试剂发生显色反应后基于朗伯2比耳定律通过吸光强度值量化样品中 Ca2+离子的浓度。在实验研究领域使用较多的则是电极法，电极法使用离子选择电极通过电化学检测方法来对溶液中的 Ca2+离子进行高灵敏度和特异性的检测，相较比色法能够得到更为精准的检测结果。此外，中国专利CN111239120A公开了一种血液钙离子检测试纸，包含了第一检测液（含多聚甲醛和第一缓冲液）和第二检测液（含邻甲酚酞络合酮、第二缓冲剂、表面活性剂、掩蔽剂和二乙胺），能够以低廉的成本，简单的操作，快速准确地获取检测结果。
临床上常用的偶氮胂Ⅲ法、OCPC法受显色剂灵敏度的影响，容易受到某些金属离子的干扰；而酶法测钙基于钙对尿素酰胺酶的抑制作用具有更强的抗干扰作用，但检测成本也更高，且比色法通过吸光强度值来进行定性定量分析也对三种方法的灵敏度产生了限制。电极法虽然在线性范围、精密度、准确度等方面具有优势，但本身的电极制备工艺和实验操作流程更为复杂，检测成本更高，不利于临床大规模使用。此外，比色法和电极法均依赖于酶标仪、自动生化分析仪、电化学工作站等中大型设备来获取检测结果，也进一步限制了这些检测方法的应用场景。而钙离子检测试纸虽然操作简便，成本可控，但其检测结果的准确性和一致性仍然存疑，在检测精度要求较高的场景仍不能可靠地应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明应用荧光探针的优势，提供了一种基于钙离子探针的血钙检测机构，其具体技术方案如下：
一种基于钙离子探针的血钙检测机构，主体包括：试管架、LED激发光源、导光单元和智能手机，所述试管架含有多个通道，每个通道的顶部开口同轴垂直嵌入有探针试管，通道一侧设有开口，所述LED激发光源上覆盖有滤光片并共同设置在所述开口侧，通道底部设有与所述顶部开口同轴位置的开孔，开孔处安装有聚光透镜，所述导光单元一端与聚光透镜安装连接，另一端设置连接在智能手机的手机摄像头处。
优选的，所述LED激发光源为高亮LED阵列，阵列顶部覆盖有滤光片，透过波长为465-490nm。
优选的，所述导光单元包括依次连接的若干导光束固定座、导光束组、导光束组固定座、成像透镜、摄像头滤光片。
优选的，所述导光束组的一端截面分别与若干导光束固定座的下端同轴连接，另一端截面与导光束组固定座的下端垂直相接，所述导光束固定座的上端与聚光透镜同轴相接，安装在试管架的底部，所述导光束组固定座的上端依次连接成像透镜、摄像头滤光片。
优选的，所述摄像头滤光片为波长496nm高通滤光片，与手机摄像头安装连接。
本发明的优点：
本发明设计的检测机构比传统检测仪器简易、体积小、便携、成本低、功耗较低，提高了仪器的稳定性和可靠性，同时也降低了仪器的购置和维护成本。
附图说明
图1是本发明的检测机构结构示意图；
图中，1-探针试管，2-试管架，3-滤光片，4-LED激发光源，5-聚光透镜，6-导光束固定座，7-导光束组，8-导光束组固定座，9-成像透镜，10-摄像头滤光片，11-手机摄像头，12-智能手机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于钙离子探针的血钙检测机构，包括：探针试管1、试管架2、滤光片3、LED激发光源4、聚光透镜5、导光束固定座6、导光束组7、导光束组固定座8、成像透镜9、摄像头滤光片10、手机摄像头11和智能手机12。
所述LED激发光源4为高亮LED阵列，阵列顶部覆盖有滤光片3，透过波长为465-490nm。
所述探针试管1中含有荧光钙离子探针试剂，与加入溶液中的钙离子结合后，等待1分钟，其在足够强度465-490nm激发光照射下绿色荧光强度下降，红色荧光强度上升。
所述试管架2含有多个通道，每个通道的顶部开口可以同轴垂直嵌入探针试管1，一侧的开口使得LED激发光源4透过滤光片3生成的激发光能够覆盖探针试管1含有钙离子探针的待测区域，每个通道的底部与顶部开口同轴位置有开孔，为钙离子探针被激发产生的荧光通孔。
所述聚光透镜5分别同轴安装在开孔处，将荧光聚焦至对应导光束组7的截面。
所述导光束固定座6一端与聚光透镜5同轴安装在试管架2的底部，另一端分别同轴固定光束组7的截面，控制聚光透镜5和对应的固定光束组7的截面同轴心且间距为聚光透镜5的焦距。
所述导光束组7一端分别与导光束固定座6同轴相接，另一端与导光束组固定座8底面垂直相接，于该处将分散的图像集中在固定的较小区域，方便图像采集。
所述成像透镜9可以调节手机摄像头11的焦距，放大导光束组7在导光束组固定座8处形成的聚集图像。
所述摄像头滤光片10为波长496nm高通滤光片，辅助手机摄像头11获取特定波长的粉红色待测荧光图像，去除激发光源和环境光对检测结果的干扰。
所述智能手机12为苹果、三星、华为、小米等带后置高清手机摄像头11的智能手机，由手机摄像头11采集荧光图像，并对荧光图像的荧光显色区域进行红色（R）通道、绿色（G）通道、蓝色（B）通道三分量分析，依据钙离子探针荧光感受感受钙离子原理采用R通道与绿色（G）通道比值表征钙离子浓度，且可将检测结果与其他智能设备共享。
实施例一：
将1微升血液样本加入装有1毫升探针溶液的1.5毫升探针试管1，血液样本中钙离子与试管内部的荧光钙离子探针试剂反应结合，待1分钟后形成待测溶液，置入试管架2多个通道。开启LED激发光源4，发出的高亮白光经滤光片3后形成波长为465-490nm的激发光照射在试管架2一侧开孔暴露的待测区域，激发探针试管1中的溶液产生红-绿荧光。多个通道的红绿荧光分别经聚光透镜5通过导光束固定座6聚焦照射到对应的导光束截面上，由导光束组7改变光路并汇聚于导光束组固定座8，形成聚集图像。智能手机12上的手机摄像头11通过摄像头滤光片10和成像透镜9采集导光束组固定座8处经滤光后的高清放大荧光图像，并对图像进行RGB分离，计算R通道与G通道比例得到钙离子浓度检测结果，并可将图像或结果共享给其他终端设备。
实施例二：
基于本发明的检测机构检测浓度梯度钙离子溶液，步骤如下：
步骤（1）、配置1毫升含有钙离子浓度为0.8μmol/L、1μmol/L、1.2μmol/L、1.4 μmol/L、1.6 μmol/L、1.8μmol/L和2.0μmol/L的探针溶液，分别加入7个探针试管1中，混合均匀并置入试管架2中第一至第七孔。
步骤（2）、将1微升血液样本加入装有1毫升探针溶液的探针试管1，混合均匀置入试管架2中第八孔。
步骤（3）、探针试管1在置入试管架2后，静置1分钟，使钙离子与探针充分反应。
步骤（4）、使用智能手机摄像头读取各探针试管1的荧光图像，通过荧光图像RGB分析得到各个探针试管1的红色与绿色通道比值，利用试管架2中第一至第七孔中探针试管的比值数据生成标准曲线并代入第8孔待测血液样本数据，最终得到血液中钙离子浓度。
以上所述，仅为本发明的优选实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然前文对本发明的实施过程进行了详细说明，对于熟悉本领域的人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和原则之内所做修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于钙离子探针的血钙检测机构，主体包括：试管架（2）、LED激发光源（4）、导光单元和智能手机（12），其特征在于，所述试管架（2）含有多个通道，每个通道的顶部开口同轴垂直嵌入有探针试管（1），通道一侧设有开口，所述LED激发光源（4）上覆盖有滤光片（3）并共同设置在所述开口侧，通道底部设有与所述顶部开口同轴位置的开孔，开孔处安装有聚光透镜（5），所述导光单元一端与聚光透镜（5）安装连接，另一端设置连接在智能手机（12）的手机摄像头（11）处。
2.如权利要求1所述的一种基于钙离子探针的血钙检测机构，其特征在于，所述LED激发光源（4）为高亮LED阵列，阵列顶部覆盖有滤光片（3），透过波长为465-490nm。
3.如权利要求1所述的一种基于钙离子探针的血钙检测机构，其特征在于，所述导光单元包括依次连接的若干导光束固定座（6）、导光束组（7）、导光束组固定座（8）、成像透镜（9）、摄像头滤光片（10）。
4.如权利要求3所述的一种基于钙离子探针的血钙检测机构，其特征在于，所述导光束组（7）的一端截面分别与若干导光束固定座（6）的下端同轴连接，另一端截面与导光束组固定座（8）的下端垂直相接，所述导光束固定座（6）的上端与聚光透镜（5）同轴相接，安装在试管架（2）的底部，所述导光束组固定座（8）的上端依次连接成像透镜（9）、摄像头滤光片（10）。
5.如权利要求3所述的一种基于钙离子探针的血钙检测机构，其特征在于，所述摄像头滤光片（10）为波长496nm高通滤光片，与手机摄像头（11）安装连接。
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