CN203587503U - 全自动上转换发光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动上转换发光检测装置，包括样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）和控制模块（4），所述样品预处理模块（2）用于进行采集的样品预处理过程，并将预处理后的样品添加到测试卡的加样区；所述样品输送模块（3）用于将样品中待检测物质已经迁移到检测区的测试卡传送入检测模块（1）中；所述检测模块（1）通过近红外或者红外激发光源照射测试卡上检测区的上转换发光探针产生并检测发射的可见光信号；所述控制模块用于根据用户的指令控制样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）的有序执行。该装置使用上转换发光检测技术有效的减小背景荧光的干扰，提高了仪器的检测灵敏度。

Description

全自动上转换发光检测装置

技术领域

本实用新型属于上转换发光检测技术领域，具体涉及一种全自动上转换发光检测装置。

背景技术

POCT，即时检验（point-of-care testing），指在病人旁边进行的临床检测（即床边检测bedside testing），通常是在采样现场即刻进行分析，省去标本在实验室检验时的复杂处理程序，快速得到检验结果。然而现有的POCT（即Point-of-Care，床旁检测设备）尽管携带方便，操作过程简单，但是自动化程度不高，需要在检测前对样本做采集、稀释、混匀、孵育、加样等处理，而这些过程往往都是手工完成，耗费大量的人力物理。对于样本通量大、时间急的检测项目来说效率很低。

上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。通过上转换发光如近红外和红外激发光子能够比可见光和紫外线光子更深入到多孔滤膜内，以激发大多数或所有的上转换发光物质，具有更好的检测结果。

然而现有技术中普通荧光检测设备不能适用于床旁检测设备。其原因在于：样品需要进行复杂的预处理过程才能进行检测，不能满足样品通量大、检测时间紧迫的实时性要求，同时普通荧光检测很容易受到背景荧光噪声的干扰。本发明因此而来。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种全自动上转换发光检测装置，解决了现有技术中普通荧光检测设备容易受到背景荧光干扰，不能满足即时检验的要求，不能全自动处理，需要检测前进行复杂的预处理过程等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述装置包括样品预处理模块、样品输送模块、检测模块和控制模块，所述样品预处理模块用于进行采集的样品预处理过程，并将预处理后的样品添加到测试卡的加样区；所述样品输送模块用于将样品中待检测物质已经迁移到检测区的测试卡传送入检测模块中；所述检测模块通过近红外或者红外激发光源激发测试卡上检测区的上转换发光探针产生并检测发射的可见光信号；所述控制模块用于根据用户的指令控制样品预处理模块、样品输送模块、检测模块的有序执行。

优选的技术方案是：所述检测模块为反射式检测模块，包括设置在测试卡同一侧的检测光电管、激发光源，所述检测光电管设置在激发光源进行激发检测区时的反射光线上，所述激发光源在检测区进行激发后，所述检测光电管在其反射线上进行接收。

优选的技术方案是：所述检测模块为透射式检测模块，包括检测光电管、激发光源，所述检测光电管、激发光源分设在测试卡的两侧，所述检测光电管设置在激发光源进行激发检测区时的透射光线上，所述激发光源在检测区进行激发后，所述检测光电管在其透射光线上进行接收。

优选的技术方案是：所述样品预处理模块包括放置样品管的样品仓、放置缓冲液管的缓冲液仓、将样品管加入到缓冲液管中，并移送到混匀子模块中的第一操作机构、进行震荡混匀的混匀子模块、将预处理后的样品移动添加到测试卡的加样区的第二操作机构。

优选的技术方案是：所述样品仓、缓冲液仓间设置标签识别子模块，所述样品管、缓冲液管均设置标签区供标签识别子模块识别。

优选的技术方案是：所述样品仓、缓冲液仓内均设置轮转式试管架，当第一操作机构从轮转式试管架中取出样品管或者缓冲液管后，所述轮转式试管架将下一样品管或者缓冲液管自动轮转到位。

优选的技术方案是：所述样品输送模块外侧设置容纳若干个测试卡的测试卡仓，所述样品输送模块包括第一传送机构和第二传送机构，所述第二传送机构的输入端与第一传送机构的输出端配合将第一传送机构上的测试卡传送入检测模块内检测。

优选的技术方案是：所述第一传送机构上设置用于测试卡进行恒温孵育的孵育子模块。

优选的技术方案是：所述控制模块为集成触摸屏的控制芯片，所述控制芯片分别与样品预处理模块、样品输送模块、检测模块连接根据用户的指令控制样品预处理模块、样品输送模块、检测模块的运行。

优选的技术方案是：轮转式试管架包括中间的轮转座体，所述轮转座体上周向设置若干个可用来放置样品管或者缓冲液管的试管槽。

测试卡仓

本发明技术方案中测试卡可以为侧向流免疫层析反应膜或者类似的结构。侧向流免疫层析反应膜设置有叠置在固相支持垫上的多孔滤膜，所述多孔滤膜设置有检测区；所述检测区固定有可以与待检测物质结合的具有上转换发光功能的上转换发光探针。其中所述支持垫对可见光大体上是透明的，且所述多孔滤膜设置有沿液体流动方向而被物理性分离的检测区；所述检测区固定有具有上转换发光功能的上转换发光探针。也可以设置有吸收垫，用于收集流经所述检测区的液体。

侧向流免疫层析反应膜还可包括用于放置样品的样品垫，所述样品垫上设置加样区。样品垫、多孔滤膜、吸收垫依次连接形成测试卡；样品垫可由天然和合成材料制成，例如纤维素材料、纸和纤维素衍生物、醋酸纤维素和硝化纤维。样品垫、多孔滤膜和吸收垫通常叠置达一定的重叠程度，以使这些部件相互间流体连通。

上转换发光探针可被近红外和红外光上转换激发。上转换激发包括两个或更多个光子同时被探针吸收而达到激发状态，然后发射一个比激发光子能量更高或波长更短的光子。这样，诸如近红外和红外光子的长波长激发光通常可用于激发探针，可最大程度减小自发荧光和背景干扰的负面影响。此外，近红外和红外激发光子能够比可见光和紫外线光子更深入到多孔滤膜内，以激发大多数或所有的上转换发光探针。使用上转换发光探针来进行发光信号测定要比其它现有检测技术的灵敏度高很多。

为了标记不同的测试卡的需要，可以在测试卡的非工作区域设置标签区。标签区可以是RFID标签，也可以是条形码或二维码标签，目的是为了记录这张测试卡的检测项目、厂家信息、产品有效期。当测试卡通过检测模块的时候，除了检测区会被检测之外，检测模块还可以读取标签区信息的功能，以此来判断当前检测的是不是用户输入的检测项目、或者这个检测卡有没有过期、或者这是不是别的厂家的检测卡，否则会有相应的报错信息出现的屏幕上。

测试卡仓的设置是为了容纳若干个测试卡。根据测试的需要可以设置不同测试项目的多个测试卡仓。如图4所示中，可以设置A项目测试卡仓、B项目测试卡仓、C项目测试卡仓。

样品仓及缓冲液仓

样品仓内放置样品管。缓冲液仓内放置缓冲液管。样品管设置在样品管架上。缓冲液管设置在缓冲液管架上。样品管的形状结构可以与缓冲液管相同，但容纳的是不同作用的液体。样品管架和缓冲液管架可以是多行多列的多孔管架或多槽管架，也可以采用轮转式管架。采用轮转式管架的优点在于可以在第一操作机构进行一次取样操作后，轮转式管架将下一待操作管架经轮转操作置于操作工位上。而多孔管架则需要进行复杂的步进设置，方便第一操作机构进行取样。本发明技术方案中优选采用轮转式管架。

样品管和缓冲液管可以采用标准或者通用的管体（如试管等）。样品仓和缓冲液仓可以相互独立隔离。为了方便区别不同的样品和不同的缓冲液，样品仓和缓冲液仓间设置标签识别子模块，所述样品管、缓冲液管均设置标签区供标签识别子模块识别。样品管、缓冲液管上设置的标签区类似于测试卡上的标签区，也可以是RFID标签，也可以是条形码或二维码标签，目的是为了记录样品管的样品采集信息或者缓冲液的相关信息。

为了进行取样操作，本发明技术方案设计了第一操作机构。所述第一操作机构可以是带旋转机构的机械手，通过水平或竖直方向进行位移、旋转操作进行取样。本发明优选的技术方案是：所述样品预处理模块2内设置两横向滑轨27，每个横向滑轨27上设置一个纵向滑轨28，所述第一操作机构23通过纵向滑轨28将样品管中的样品加入到缓冲液管中的缓冲液中；并通过横向滑轨27将缓冲液管转移到混匀子模块24中。

优选的技术方案是：所述混匀子模块24外侧还设置有第二废品仓29，当第二操作机构25将震荡混匀后的样品加到测试卡加样区后，所述第一操作机构23将混匀子模块24内废弃的缓冲液管送入第二废品仓29内。

优选的技术方案是：所述第二操作机构25包括旋转臂，旋转臂末端设置有加样枪，进行加样时，旋转臂将加样枪旋转到混匀子模块24的缓冲液管中取样，然后将加样枪旋转到测试卡加样区进行加样。

样品输送模块可以采用一般的带传动原理，如第一传动机构和第二传动机构为皮带轮，通过速度控制传送速度。

检测模块

检测模块是采用上转换发光检测技术原理进行检测的，其检测模式有两种实现方式，一种是反射式（如图5左图）；一种是透射式（如图5右图）所示。图5左图中，检测光电管、激发光源处于测试卡同一侧，所述检测光电管设置在激发光源进行激发检测区时的反射光线上，所述激发光源在检测区进行激发后，所述检测光电管11在其反射线上进行接收。图5右图中检测光电管11处于激发光源12的对侧，中间为测试卡，所述检测光电管11设置在激发光源12进行激发检测区时的透射光线上，所述激发光源12在检测区进行激发后，所述检测光电管11在其透射光线上进行接收。

优选的技术方案是：所述检测模块外侧设置第一废品仓13，所述测试卡经所述样品输送模块传送到检测模块检测后，传动机构将废弃的测试卡送入第一废品仓13。

针对不同的测试卡、测试样品、缓冲液的不同组成以及各个模块中采用的具体零件不同，需要对控制模块进行参数设定。为了参数设定的方便，可以在全自动上转换发光检测装置上设置标定模块，所述标定模块通过RFID读卡器读取存储的检测芯片参数设定。

现有技术中仪器的标定是一个复杂的步骤。一般需要人工进行操作。本发明技术方案设计了标定模块，通过RFID读卡器读取存储的检测芯片参数设定实现全自动上转换发光检测装置的标定。这些存储的检测芯片参数预先通过实验存储在相应的存储芯片上，当需要进行某种样品的测定时，通过选取预定的存储芯片中标定参数进行标定，标定程序简单，方便了移动操作。

本发明全自动上转换发光检测装置可以适用于临床门诊、急诊检验的POCT设备，具有快速准确、使用方便、高通量、高灵敏度、高特异性的优点。

本实用新型通过样品仓、缓冲液仓、测试卡仓、样品预处理模块（包括混匀子模块）、样品输送模块（包括孵育子模块）、检测模块和控制模块构建了全自动上转换发光检测功能的全自动上转换发光检测装置。该装置具有全自动样本前处理系统，通过全自动样本前处理系统与检测模块的结合，将全自动样本前处理系统与上转换发光检测方法相结合，设计出适合临床高通量样本的POCT检测设备。

本发明技术方案将预处理的过程有机的集成到全自动上转换发光检测装置中。其中包括提供样品的样品仓、提供测试卡的测试卡仓、对样品进行震荡混匀的混匀子模块、将震荡混匀后的样品加到测试卡加样区的加样模块、将已加样的测试卡进行恒温孵育的孵育子模块；通过可编程控制器进行程序设定，设置这些模块的工作次序，可以方便的实现全自动样本前处理过程。

本发明全自动上转换发光检测装置的工作过程如下:

操作人员通过测试卡仓放置测试卡，通过样品仓将样本和缓冲液分别放置在样品孔板、缓冲液孔板位置上，将测试卡包装盒内RFID标定卡放置于标定模块读取位置，仪器会自动将相应测试项目的标定参数读取进来，无需人工标定。操作人员通过人机界面选择所需检测项目，启动相应检测过程。操作机构首先从样品孔板的样品管（样本）吸取定量的样本加入到相应的缓冲液孔板的缓冲液管（缓冲液）中，然后将其抓取放置到摇匀子模块的固定位置进行震荡摇匀，随后加样模块从中定量吸取稀释摇匀后的液体，将其加入到测试卡的加样区，在所述样品输送模块的带动下，测试卡一个接一个的通过检测模块，完成检测后，检测结果显示到屏幕上，废弃的测试卡通过进入废品仓。整个测试过程自动完成，无需人工干预。

在检测模块中，运用了上转换发光检测技术，通过近红外或者红外激发光源照射测试卡上检测区的上转换发光探针产生并检测发射的可见光信号，由此可最大程度减小自发荧光和背景干扰的负面影响，提高了检测的灵敏度。

相比于现有技术中的解决方案，本实用新型优点是：

与现有技术相比，本实用新型的优点是本发明通过控制模块实现样品的全自动预处理和检测，使用上转换发光检测技术最大程度减小自发荧光和背景干扰的负面影响，提高了检测的灵敏度。同时采用全自动化样品前处理设计，流水线式检测，提升了检测效率，在临床门急诊每天可完成2000个样本量测试。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本发明全自动上转换发光检测装置的原理示意图；

图2为本发明全自动上转换发光检测装置整体结构示意图；

图3为本发明全自动上转换发光检测装置的一种内部结构示意图；

图4为本发明全自动上转换发光检测装置的另一种内部结构示意图；

图5为本发明全自动上转换发光检测装置中检测模块的检测原理示意图；

图6为本发明全自动上转换发光检测装置中反射式检测模块的结构示意图；

图7为本发明全自动上转换发光检测装置中样品管或缓冲液管的结构示意图；

图8为本发明全自动上转换发光检测装置中测试卡的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

如图1～8所示，该全自动上转换发光检测装置，包括样品预处理模块2、样品输送模块3、检测模块1和控制模块4，所述样品预处理模块2用于进行采集的样品预处理过程，并将预处理后的样品添加到测试卡的加样区；所述样品输送模块3用于将样品中待检测物质已经迁移到检测区的测试卡传送入检测模块1中；所述检测模块1通过近红外或者红外激发光源照射测试卡上检测区的上转换发光探针产生并检测发射的可见光信号；所述控制模块用于根据用户的指令控制样品预处理模块2、样品输送模块3、检测模块1的有序执行。图1中虚线表示电路连接进行控制，实线表示实际连接关系。

所述检测模块1为反射式检测模块，包括设置在测试卡同一侧的检测光电管11、激发光源12，所述检测光电管11设置在激发光源12进行激发检测区时的反射光线上，所述激发光源12在检测区进行激发后，所述检测光电管11在其反射线上进行接收。

所述样品预处理模块2包括放置样品管的样品仓21、放置缓冲液管的缓冲液仓22、将样品管加入到缓冲液管中，并移送到混匀子模块中的第一操作机构23、进行震荡混匀的混匀子模块24、将预处理后的样品移动添加到测试卡的加样区的第二操作机构25。所述样品仓21、缓冲液仓22间设置标签识别子模块26，所述样品管、缓冲液管均设置标签区20供标签识别子模块识别。所述样品仓21、缓冲液仓22内均设置轮转式试管架，当第一操作机构23从轮转式试管架中取出样品管或者缓冲液管后，所述轮转式试管架将下一样品管或者缓冲液管自动轮转到位。

所述样品输送模块3外侧设置容纳若干个测试卡50的测试卡仓5，所述样品输送模块3包括第一传送机构31和第二传送机构32，所述第二传送机构32的输入端与第一传送机构31的输出端配合将第一传送机构31上的测试卡传送入检测模块1内检测。所述第一传送机构31上设置用于测试卡进行恒温孵育的孵育子模块33。

所述控制模块4为集成触摸屏的控制芯片，所述控制芯片分别与样品预处理模块2、样品输送模块3、检测模块1连接根据用户的指令控制样品预处理模块2、样品输送模块3、检测模块1的运行。为了参数设定的方便，可以在全自动上转换发光检测装置上设置标定模块6，所述标定模块通过RFID读卡器读取存储的检测芯片参数设定。

所述检测模块外侧设置第一废品仓13，所述测试卡经所述样品输送模块传送到检测模块检测后，传动机构将废弃的测试卡送入第一废品仓13。所述混匀子模块24外侧还设置有第二废品仓29，当第二操作机构25将震荡混匀后的样品加到测试卡加样区后，所述第一操作机构23将混匀子模块24内废弃的缓冲液管送入第二废品仓29内。第一废品仓13和第二废品仓29可以通过废品仓7取出。

该全自动上转换发光检测装置按照如下步骤进行操作：

（1）添加测试卡和样品：操作人员通过测试卡仓放置测试卡，通过样品仓将样本和缓冲液分别放置在样品管管架、缓冲液管管架位置上。

（2）标定：将测试卡包装盒内RFID标定卡放置于标定模块读取位置，仪器会自动将相应测试项目的标定参数读取进来，无需人工标定。

（3）检测：操作人员通过人机界面选择所需检测项目，启动相应检测过程。第一操作机构23首先从样品管管架的样品管（样本）吸取定量的样本加入到相应的缓冲液管管架的缓冲液管（缓冲液）中，然后将其抓取放置到摇匀子模块33的固定位置进行震荡摇匀，随后加样模块从中定量吸取稀释摇匀后的液体，将其加入到测试卡的加样区，在所述样品输送模块的带动下，测试卡一个接一个的通过检测模块，完成检测后，检测结果显示到屏幕上，废弃的测试卡通过进入废品仓。整个测试过程自动完成，无需人工干预。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述装置包括样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）和控制模块（4），所述样品预处理模块（2）用于进行采集的样品预处理过程，并将预处理后的样品添加到测试卡的加样区；所述样品输送模块（3）用于将样品中待检测物质已经迁移到检测区的测试卡传送入检测模块（1）中；所述检测模块（1）通过近红外或者红外激发光源激发测试卡上检测区的上转换发光探针产生并检测发射的可见光信号；所述控制模块用于根据用户的指令控制样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）的有序执行。

2.根据权利要求1所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述检测模块（1）为反射式检测模块，包括设置在测试卡同一侧的检测光电管（11）、激发光源（12），所述检测光电管（11）设置在激发光源（12）进行激发检测区时的反射光线上，所述激发光源（12）在检测区进行激发后，所述检测光电管（11）在其反射线上进行接收。

3.根据权利要求1所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述检测模块（1）为透射式检测模块，包括检测光电管（11）、激发光源（12），所述检测光电管（11）、激发光源（12）分设在测试卡的两侧，所述检测光电管（11）设置在激发光源（12）进行激发检测区时的透射光线上，所述激发光源（12）在检测区进行激发后，所述检测光电管（11）在其透射光线上进行接收。

4.根据权利要求1所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述样品预处理模块（2）包括放置样品管的样品仓（21）、放置缓冲液管的缓冲液仓（22）、将样品管加入到缓冲液管中，并移送到混匀子模块中的第一操作机构（23）、进行震荡混匀的混匀子模块（24）、将预处理后的样品移动添加到测试卡的加样区的第二操作机构（25）。

5.根据权利要求4所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述样品仓（21）、缓冲液仓（22）间设置标签识别子模块（26），所述样品管、缓冲液管均设置标签区（20）供标签识别子模块识别。

6.根据权利要求5所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述样品仓（21）、缓冲液仓（22）内均设置轮转式试管架，当第一操作机构（23）从轮转式试管架中取出样品管或者缓冲液管后，所述轮转式试管架将下一样品管或者缓冲液管自动轮转到位。

7.根据权利要求6所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述轮转式试管架包括中间的轮转座体，所述轮转座体上周向设置若干个可用来放置样品管或者缓冲液管的试管槽。

8.根据权利要求1所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述样品输送模块（3）外侧设置容纳若干个测试卡（50）的测试卡仓（5），所述样品输送模块（3）包括第一传送机构（31）和第二传送机构（32），所述第二传送机构（32）的输入端与第一传送机构（31）的输出端配合将第一传送机构（31）上的测试卡传送入检测模块（1）内检测。

9.根据权利要求8所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述第一传送机构（31）上设置用于测试卡进行恒温孵育的孵育子模块（33）。

10.根据权利要求1所述的全自动上转换发光检测装置，其特征在于所述控制模块为集成触摸屏的控制芯片，所述控制芯片分别与样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）连接根据用户的指令控制样品预处理模块（2）、样品输送模块（3）、检测模块（1）的运行。

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