CN114184777A - 基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明为基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统。通过本发明，突破对物质分子测量时惯于经典力学下认知而进入量子力学背景，再现分子测量真实态。本发明由机壳、人机交互屏幕、试纸条定位插槽、扫码摄像头、USB等插孔、电源开关等形成手持外形结构，与设备主体组成整机。设备主体：其一，一体化刚性结构之测量系统，包括光路系统、检测系统。它使测量物、测量仪主体、操作者之间关联，呈本征态，排除主客观之扰动；其二，微电脑操控系统。负责智能操作、图像识别、光谱分析及数据分析、网络通讯等。本发明对蛋白质、小分子、新冠病毒等分子检测的精确度，大有提高。本发明对仪器便携化起示范作用，并开拓微观世界测量之新天地。

Description

基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统

技术领域

本发明，首次涉及一个到目前为止，无人踏入的领域——测量学与量子力学相关性之理论与技术领域；同时涉及，便携式快检设备技术及其分析系统所属的电子与机械等软硬件领域。

背景技术

目前在快检市场，活跃的是利用手机——通过APP——进行快检，手机摄像系统，被用来实现快检仪的光路摄像之功能。这就造成了，一大测量技术陷阱；

因为：(1)手机摄像系统，是在经典力学背景下所设计，其测量“眼”，与被测量“物”，是分离的；近可咫尺(如特写)，远可天涯(如遥感)；并不需要考虑测量器械和测量者对测量结果的影响；

(2)目前快检中主力军，是生化免疫法，与电子光谱法联用，对蛋白质、小分子、病毒等检测；如拉曼光谱分析仪，对物质分子结构做检测——它们都是做分子检测，其测量背景，已不是经典力学，而是量子力学。因此，测量者和测量仪器，与测量对象相互作用，形成一体，共同影响测量结果。

那么：(1)如果手机成为仪器的测量部分，其“眼”“物”以及“操作”，均按经典力学下，各自独立设计，而成离散状态；在作分子检测而处于量子力学背景下，其一，没有重现性；更加上每次插入试剂条，所处“位置”所呈现随机性，数据离散性很大；其二，操作者，每次按压“快门”，位置都不同，这种影响，也必带来每次测量数据变化；这些是从现象上阐述，而深层所表达的是“测量者”“测量仪器”“被测量物”三者之间的关联，在进入分子测量时，不容忽视。因此，当“手机成为仪器的测量部分”用作分子测量，完全不合适。

(2)对作分子检测的样品抽样及数据处理，当应符合量子力学基本原理。而实际上，没有任何快检仪器和分析方法，能如此进行。

所以，快检现场，“假阴性”“假阳性”周而复始出现，与此量子力学背景不为人们知觉或不视，关系密切

发明内容

(一)目的

1.探索测量科学之力学背景——这一从来无需考虑的测量学理论与实践问题，其带有根本性；

通过研制适应量子力学背景之荧光胶体金手持设备及分析系统，找出测量科学力学背景之突破口，突破惯于经典力学下对测量的认知，建立微观测量新天地。

2.突破目前时尚的“手机+APP”便携快检模式及其弊端，研发出在人机对话操作及微型化上，可与手机灵巧便携相媲美的快检设备，为电子测量微型化发展上，探索出新模式而示范

(二)任务

(1)硬件——①一体化测量系统；使测量物、测量仪、操作者之间关联，呈本征状态，排除主客观扰动，以适应分子测量所处量子力学背景。

②兼容胶体金测量；以适应胶体金使用较多状态，并促进胶体金向灵敏度高一个数量级的荧光免疫层析过渡。此兼容的研制，两者测量转换，必需自动化。

③机械结构微型化，研发出当前快检市场最轻薄灵巧的手持式快检仪器，并具有收发通讯功能，与控制中心，随时沟通，传送测量结果和现场信息，强化现场快检之监测功能。

(2)软件——以量子力学基本原理为根据，建立新的样品采样模式，及相应检测和数据分析方法。

(3)测量——先走进生命科学微观世界，初始以蛋白、小分子、病毒为测量重点，攻占制高点，建立起示范。尤其新冠病毒快检，使当前胶体金快检和核酸检测所出现假阴假阳局面，有大改观。

(三)技术方案

本项目技术方案，共二部分：1.仪器(硬件)；2.检测分析系统(软件)；

仪器(硬件)

(1)整机结构(参看图2)

以微电脑Cortex-A为中心，五系统——测量系统，人机接口系统，电源系统，音频系统，射频系统——组成整机。

(2)测量系统(参看图3)

此测量系统，它由光路系统，CMOS电路1，微型电机7，控制器8，定位控制板9，定位卡槽10组成，置于5.5*2*4.5(cm)腔体，成一体化刚性结构。

其中光路系统，由摄像头2，激发光源3，光阑4，滤色片5，透镜6组成，置于2.8*1.5*2.6 (cm)暗室。

(3)增加整机功能的其他系统

为适用现场，本发明同时考虑分子检测出现量子力学环境，利用“接诊-检查-诊断-治疗-康复”当代“完整治疗”概念(此概念诞生于量子力学背景)，对“现场快检”，也以“完整”思维进行，因而采用：

1.可视化操作，既简便，又高效；——触摸屏

2.摄像功能，进行扫码，检测环境复制——常规扫码拍照；我们将由1、2、加上 TF卡、USB插口等组成“人机接口系统”

3.语音功能，可语音，录音；说明书实现无纸化，任一操作，可选择语音引导；——“音频系统”

4.通讯功能，及时向控制中心发送现场状态、快检报告等；——“射频系统”

(4)机械结构微型化

1.整机尺寸不大于16.3*7.5*1.9(cm)

2.内部模块、主板、接线、端子、接口，元器件等等，均不大于目前市场流行手机对应元器件和机械结构件尺寸。

检测分析系统(软件)

检测分析系统之软件部分技术方案，设定其规则是核心。

(1)总则：检测分析，包括①前端采样方式方法；②后端数据分析与图像及表格绘制

(2)前端采样：

①对象区分：有机体与无机体；

②有机体，机体“运行周期”是采样重要因素；

③无机体，机体分子分布“不均匀性”是采样重要因素；

④根据区分，建立具体采样点方案

(3)后端分析：

①据采样N点，做N次测量，获得本征值

②在几率函数基础上，建立处理方法；

③根据样品的采样划分，做出综合；

④根据设置的经验标准，给出测量判断。

(上述“检测分析系统(软件)”将在此后，申请版权)

附图说明

图1为本发明的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统外观结构示意图。图中：1扫码摄像头；2试剂条及定位插槽；3.商标及时间等信息显示区；4.操作图标；5.显示屏；6.壳体。

图2为本发明的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统的整机框图。

图3为本发明的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统的测量系统框图。图中：1CMOS电路；2摄像头；3激发光源；4光阑；5滤色片；6透镜；7微电机；8控制器；9定位控制板；10定位卡槽；11试纸条。

具体实施方式

本实施例提供的一种基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，为可握持的手持式结构，参图1；包括壳体6、置于壳体6的正面的显示屏5，设置在壳体正面右上侧的试纸条卡槽2，设置在壳体正面上端的扫码摄像头1，显示屏5选用屏幕16∶9比例的6.5寸电容触摸屏。整机外形尺寸，不大于16.3*7.5*1.9(cm)。扫码摄像头1，对试纸条的参数码(如二维码)扫描，储于内存，为检测随时调用。该摄像头，可对快检现场状态等摄像，随时传送至控制中心，以加强快检现场监控。

快检设备内部，包括测量系统和微电脑控制系统。

测量系统，参看图3。它由光路系统，CMOS电路1，微型电机7，控制器8，定位控制板9，定位卡槽10组成，置于5.5*2*4.5(cm)腔体；成一体化刚性结构，以适应分子测量的量子力学环境，屏除主客观产生的扰动。

这里特地设计试纸条定位装置，由定位控制板9和定位卡槽10组成，彻底消除试纸条与卡槽间隙带来的不稳定性，并能在试纸条插入卡槽稳定后，自动启动“测量”而进行测量，从而排除测量者的可能影响。

其中光路系统，由摄像头2，激发光源3，光阑4，滤色片5，透镜6组成，置于2.8*1.5*2.6 (cm)暗室，嵌入测量系统腔体内。

诚然，测量者手握此设备可呈随机态，但测量系统处一体刚性态，不会因随机而随机，测量者影响处零态。

微电脑控制系统，参考图2。以微电脑Cortex-A为中心，控制整机的五系统，包括测量系统，人机接口系统，电源系统，音频系统，射频系统。

以触摸屏为主导的人机接口系统，在微电脑控制下，形成人性化对话操作机制，如需要键盘输入，可调入“软键盘”显示于屏幕而操作。

在微电脑控制下，音频系统和射频系统组成通讯和语音功能载体，既可上网通信，沟通信息，传导数据，又可语音引导操作，实现说明书无纸化，还可对快检现场，作录音、录像(借助扫码摄像头1)，以增强测量环境的监控功能。

电源系统，包括电源模块和微电脑控制的电路，将外接电网交流电转换整机所需直流低电压，并随时作电源检测，显示电源使用动态。

上述图1图2图3中的箭头和连接线表示连接关系的一种示意，并不作为对本发明的限制。

电源一旦供电，激光源3，即发出激发光，辐射试纸条11，就会出现被检测的光谱图像，由摄像头2摄取，送至CMS电路1作一级处理，再传送至微电脑，作二级处理，首先根据图像光谱波长不同，区分是荧光试纸条，还是胶体金试纸条——此自动区分，是本发明特色之一；然后，对数据按几率函数分析，用数字、图表、波形，展示分子检测真实状态。

由于分子检测进入量子力学环境，本发明既能使此设备适应量子力学背景，又构建相应的“完整检测”理念和实操结构——批量检测开始，第一步采样：屏幕弹出键盘，按提示键入，如“有机体还是无机体”等等，确认后给出采样方案，采样品处理完毕；走第二步，检测：试纸条批次数据扫码，样品检测，现场监控；再第三步，该批次综合评判结果。

本发明基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，可在多个领域推广使用，在食品药品安全和保健品化妆品安全领域需求迫切；还可以在环境、制药、临床、化工、冶金、农林等等工农业领域使用，使快速诊断在各个领域不断展开；同时，为仪器微型化，提供范本；从而推动仪器仪表工业，在快检和微型化方向上开拓出发展新空间。

以上所阐述仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。应当理解，以上的描述意图在于说明而非限制。此外，根据本发明的启示可以做出很多改型，以适于具体的情形或材料而没有偏离本发明的范围。通过阅读上述描述，权利要求的范围和精神内的很多其它的实施例和改型对本领域技术人员是显而易见的。

Claims (10)

1.基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，包括壳体、显示屏和设置在所述壳体正面右上侧的试纸条卡槽2及其定位控制装置，所述显示屏设置在所述壳体的正面，其特征在于：所述快检设备为可握持的手持式结构；所述快检设备包括一体化结构的测量系统，和微电脑控制分析系统，以及适应分子测量所处量子力学环境的“完整快检”模式。

2.根据权利要求1所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述适应分子测量所处量子力学环境的“完整快检”模式，由“采样方案选择-批次试纸条参数扫码及存储-现场检测与监控-数据分析与制表图及显示-该批次综合评判结果上传控制中心”组成，由此，建立以微电脑Cortex-A为中心的五系统来完成，包括人机接口系统，测量系统，电源系统，音频系统，射频系统。

3.根据权利要求1所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述快检设备包括一体化结构的测量系统和以微电脑Cortex-A为中心的五系统主板、模块及插口组成的微电脑控制系统设置在所述壳体围成的空间内部，整机尺寸不大于16.3*7.5*1.9(cm)。

4.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述测量系统包括光路系统，CMOS电路1，微型电机7，控制器8，定位控制板9，定位卡槽10组成，置于5.5*2*4.5(cm)腔内，成一体化刚性结构，以适应分子检测的量子力学环境。

5.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述测量系统内嵌的光路系统，由摄像头2，激发光源3，光阑4，滤色片5，透镜6组成，置于2.8*1.5*2.6(cm)暗室中。

6.根据权利要求4所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述试纸条定位装置，由定位控制板9和定位卡槽10组成，彻底消除试纸条与卡槽间隙带来的不稳定性，并能在试纸条11插入卡槽10稳定后，自动启动“测量”而进行测量，从而排除测量者的可能影响。

7.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述微电脑控制主板包括音频系统和射频系统组成通讯和语音功能模块，既可上网通信，沟通信息，传导数据，又可语音引导操作，实现说明书无纸化，还可对快检现场，作录音、录像(借助扫码摄像头1)，以增强测量环境的监控功能。

8.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述微电脑控制系统包括的人机接口系统中的6.5寸电容触摸屏，实现人性化的人机对话操作，包括采样方案选择时，调出软键盘，键入“无机体或有机体”“有机体：活体或失活体”等等，以做选择。

9.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述微电脑控制系统包括的人机接口系统中，扫码摄像头及模块，通过扫码，以摄取用于检测的批次试纸条参数，及其他数据。

10.根据权利要求2所述的基于量子力学背景荧光胶体金手持快检设备及分析系统，其特征在于：所述电源系统，包括电源模块和微电脑控制的电路，将外接电网交流电转换整机所需直流低电压，并随时作电源检测，显示电源使用动态。

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