CN209841661U - 一种自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于分析检测技术领域，尤其涉及一种具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，所述检测装置包括壳体、控制器、双通道检测模块和自动控温模块。双通道检测模块由两组对称分布的光热检测组件组成，每组光热检测组件都包括胶体金试纸条、激光发生器、红外辐射温度传感器，自动控温模块包括温度传感器、加热器、半导体冷却组件，控制器对双通道检测和温度控制模块进行控制。该装置实现了检测样胶体金试纸条和空白对照样胶体金试纸条的双通道同时检测和检测环境温度的恒温控制，与常规单通道温度传感器光热检测相比，检测结果更灵敏可靠，操作过程和数据处理更简单。

Description

一种自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置

技术领域

本实用新型属于分析检测技术领域，尤其涉及一种用于胶体金试纸条定量分析的具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置。

背景技术

胶体金试纸条检测方法是一种方便、快捷的检测方法，具有检测范围广、操作简单、成本低、携带方便等优点，在适当条件下可以长期保存，不仅适合基层使用，还可广泛应用于食品检验、医院临床和动物疾病诊断等领域。

胶体金试纸条一般通过试纸条上测试线的胶体金颜色变化直观显示检测结果，目测得到定性检测结果，然而由于无法实现精确定量检测，限制了胶体金免疫试纸条检测技术的广泛应用。为了实现定量检测，国内外对胶体金免疫试纸条定量检测技术及装置进行了研究开发。目前，主要采用光敏电阻测量方案、反射光纤传感器测量反射光强方案和图像传感器采集图像方案，对胶体金颜色变化进行定量测定。前两种方案灵敏度有限，受环境影响明显，而图像传感器采集图像方案需要强大的数据处理能力，需配置较贵的专门仪器，检测过程复杂繁琐，仍需开发新的定量检测技术。

胶体金纳米粒子具有独特的光热特性，即在一定波长的光照射下，胶体金纳米粒子发生表面等离子体共振，随即引起内部晶格共振而产生大量热能。利用胶体金试纸条中胶体金纳米粒子的光热效应，可通过测定胶体金显色区域的热辐射量来实现试纸条的定量检测。而目前光热检测主要有红外成像法和红外温度传感器法。红外成像法对胶体金局部区域内的热辐射进行测量，然后对局部区域内的温度分布数据求取平均值，来反推胶体金的含量。但红外成像法具有一定的缺陷，一是采用红外成像法直接对胶体金局部区域内的温度进行采集，并进行平均化处理，易于受背景温度的干扰，且无法体现胶体金受激发后高红外热辐射的优势；二是红外成像法数据处理复杂，装置较大且成本较高，不符合快速检测的要求。专利文献201710625736.1公开了“一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置及方法”，其提出了一种直接采用红外温度传感器测温的方法，该方法的优点是温度传感器直接把胶体金的热辐射量转换为单点温度值，避免了红外摄像法需对整个胶体金辐射区温度进行处理，因此具有检测灵敏可靠、数据处理简单、结构小巧便携、价格便宜、易于操作等特点。

然而，上述基于红外温度传感器检测的光热检测装置仍存在一些缺陷和不足。一是光热检测的核心检测物理量是温度值，其极易受到环境温度的干扰，多变的环境温度影响了其检测精度。二是胶体金试纸条的空白对照在激光照射下也存在背景温度，此背景温度需要被扣除，而当前方法采用两步法检测检测样和空白对照，此方法一方面会导致其检测步骤繁琐，数据处理复杂，不利于其设备自动化的开发；另一方面在两步检测过程中由于检测环境温度和检测装置热平衡的差异，检测样与空白对照的测量值漂移大，其检测精度和灵敏度受到极大制约。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型旨在于提供一种具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置。本实用新型的检测装置集成了加热器和半导体冷却器，实现了检测装置的自动控温，解决了环境温度的影响问题。同时，本实用新型的检测装置采用双通道检测系统，实现了检测样与空白对照样的同时检测，不仅简化了检测步骤和数据处理，消除两步法检测时测量温度漂移大问题，而且检测精度和灵敏度得到了大幅提高。

为实现上述目的，本实用新型公开了下述技术方案：

首先，本实用新型公开了一种具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，包括壳体、控制器、双通道检测模块和自动控温模块。所述双通道检测模块位于壳体内部，所述控制器和自动控温模块安装在壳体上；所述双通道检测模块和自动控温模块均与控制器连通，实现了双通道自动检测和温度自动控制。

所述双通道检测模块包括：相邻设置的检测组光热检测组件和对照组光热检测组件。

所述检测组光热检测组件包括：检测样胶体金试纸条、第一红外温度传感器、第一激光发生器，所述第一红外温度传感器和第一激光发生器均设置在检测样胶体金试纸条上方，且第一红外温度传感器的感应窗口和第一激光发生器的发射窗口均朝向检测样胶体金试纸条，所述第一红外温度传感器和第一激光发生器均与控制器连通。

所述对照组光热检测组件包括：空白对照样胶体金试纸条、第二红外温度传感器、第二激光发生器，所述第二红外温度传感器和第二激光发生器均设置在空白对照样胶体金试纸条上方，且第二红外温度传感器的感应窗口和第二激光发生器的发射窗口均朝向空白对照样胶体金试纸条，所述第二红外温度传感器和第二激光发生器均与控制器连通。

控制器同时启动第一激光发生器和第二激光发生器，发出相同的特定波长激光照射到检测样胶体金试纸条和空白对照样胶体金试纸条上的胶体金检测区，其中的胶体金吸收光能诱发红外辐射，第一红外温度传感器和第二红外温度传感器把检测区的红外辐射量转换为温度值，并传送给控制器。控制器计算两者差值，并根据温度差与样品浓度之间的标准曲线，确定检测样的样品浓度。

所述自动控温模块包括温度传感器、加热器和冷却器组件，所述温度传感器设置在壳体内部，所述加热器安装在壳体的内表面上，所述加热器和温度传感器均与控制器连通。

所述冷却器组件包括半导体冷却片、导热板、散热风扇；所述导热板紧密安装在壳体上开设的窗口中，所述半导体冷却片与导热板连接，且位于壳体内，所述散热风扇位于壳体外部，且与导热板连接，将热量排出壳体外；所述半导体冷却片和散热风扇与控制器连接。

控制器根据温度传感器检测到的温度与设定的温度范围进行对比，当检测温度低于设定温度下限时，控制器控制加热器通电，加热过程中温度传感器实时监测壳体内部温度，达到设定温度范围后控制器控制加热器断电；当检测温度高于设定温度上限时，控制器控制半导体冷却片和散热风扇通电，冷却过程中温度传感器实时监测壳体内部温度，达到设定温度范围后控制器控制半导体冷却片和散热风扇断电。

进一步地，所述控制器为单片机或PLC或PC，所述温度传感器为热电偶。

进一步地，所述第一激光发生器和第二激光发生器的波长为绿光波长，波长最优选为 532nm。

进一步地，所述第一激光发生器、第二激光发生器分别相对于检测样胶体金试纸条、空白对照样胶体金试纸条倾斜设置，这样更有利于胶体金试纸条吸收光，诱发红外辐射。

进一步地，所述加热器为加热片或加热膜。

进一步地，所述温度传感器为热电偶。

其次，本实用新型公开了所述具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置在于食品检验、医院临床和动物疾病诊断等领域中的应用。

与现有技术相比，本实用新型取得了以下有益效果：

(1)由于胶体金试纸条定量检测结果准确与否的核心检测物理量是温度值，而环境温度的极小变化和检测装置热平衡差异都会显著影响最终的测量值。本实用新型集成了加热器和半导体冷却器，实现了检测装置的恒温检测，消除了环境温度的变化对测量温度值的消极影响。

(2)本实用新型采用双通道检测器同时对检测样和空白对照样进行检测，直接输出与胶体金量成比例关系的温度差值，简化了检测步骤，数据处理简单，则避免了两步法检测时检测装置热平衡差异影响检测值精度的问题。检测环境的恒温控制和检测样与空白样的双通道同时检测，把环境温度变化、检测装置热平衡差异、操作时空差异等产生的耦合误差降到最低，极大的提升了检测精度和灵敏度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置的结构示意图。

附图中标记分别代表：1-检测样胶体金试纸条、2-空白对照样胶体金试纸条、3-第一红外温度传感器、4-第二红外温度传感器、5-第一激光发生器、6-第二激光发生器、7-加热器、 8-半导体冷却片、9-导热板、10-散热风扇、11-温度传感器、12-控制器、13-壳体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，现有的光热检测极易受到环境温度和背景温度的干扰，不仅检测结果不准确，而且两步法检测检步骤繁琐，数据处理复杂，不利于其设备自动化的开发。因此，本实用新型提出了一种具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置；现结合附图及具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。

下列实施例中，所述检测样胶体金试纸条1、空白对照样胶体金试纸条2均为深圳翔云化工有限公司的商品化盐酸克伦特罗胶体金试纸条。

所述控制器12为顾美EX3G-43HB-24MR触摸屏PLC一体机。

所述第一红外温度传感器3、第二红外温度传感器4均为迈来芯MLX90614ESF红外非接触式测量传感器。

所述第一激光发生器5、第二激光发生器6均为三洋SANYO 100mW 532nm绿色激光模组。

所述加热器7为吉顺电热电器公司的电加热片。

所述半导体冷却套件(半导体冷却片8、导热板9、散热风扇10)为智诺信达数码公司的12V电子制冷半导体套件。

所述温度传感器为智诺信达数码公司的K型热电偶。

实施例1

如图1所示，一种具有自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，包括壳体13、控制器12、双通道检测模块和自动控温模块。所述双通道检测模块位于壳体13内部，所述控制器12和自动控温模块安装在壳体13上。

所述双通道检测模块包括：相邻设置的检测组光热检测组件和对照组光热检测组件。

所述检测组光热检测组件包括：检测样胶体金试纸条1、第一红外温度传感器3、第一激光发生器5，所述第一红外温度传感器3和第一激光发生器5均设置在检测样胶体金试纸条1上方，且第一红外温度传感器3的感应窗口和第一激光发生器5的发射窗口均朝向检测样胶体金试纸条1，所述第一红外温度传感器3和第一激光发生器5均与控制器12连接。

所述对照组光热检测组件包括：空白对照样胶体金试纸条2、第二红外温度传感器4、第二激光发生器6，所述第二红外温度传感器4和第二激光发生器6均设置在空白对照样胶体金试纸条2上方，且第二红外温度传感器4的感应窗口和第二激光发生器6的发射窗口均朝向空白对照样胶体金试纸条2，所述第二红外温度传感器4和第二激光发生器6均与控制器12连接。

控制器12同时启动第一激光发生器5和第二激光发生器6，发出相同的特定波长激光照射到检测样胶体金试纸条1和空白对照样胶体金试纸条2上的胶体金检测区，其中的胶体金吸收光能诱发红外辐射，第一红外温度传感器3和第二红外温度传感器4把检测区的红外辐射量转换为温度值，并传送给控制器12。控制器12计算两者差值，并根据温度差与样品浓度之间的标准曲线，确定检测样的样品浓度。

所述自动控温模块包括温度传感器11、加热器7和冷却器组件，所述温度传感器11设置在壳体内部，所述加热器7安装在壳体的内表面上，所述加热器7和温度传感器11均与控制器12连接。

所述冷却器组件包括半导体冷却片8、导热板9、散热风扇10；所述导热板9紧密安装在壳体上开设的窗口中，所述半导体冷却片8与导热板9连接，且位于壳体内，所述散热风扇10位于壳体外部，且与导热板9连接，将热量排出壳体外；所述半导体冷却片8和散热风扇10与控制器12连接。

控制器12根据温度传感器11检测到的温度与设定的温度范围进行对比，当检测温度低于设定温度下限时，控制器12控制加热器7通电，加热过程中温度传感器11实时监测壳体内部温度，达到设定温度范围后控制器12控制加热器7断电；当检测温度高于设定温度上限时，控制器12控制半导体冷却片8和散热风扇10通电，冷却过程中温度传感器11 实时监测壳体内部温度，达到设定温度范围后控制器12控制半导体冷却片8和散热风扇10 断电。

实验例1

采用实施例1所述的光热检测装置进行性能测试实验，将所述第一激光发生器5、第二激光发生器6发出的532nm激光照射到胶体金试纸条上的胶体金检测区，胶体金吸收光能诱发红外辐射，红外温度传感器把检测区的红外辐射量转换为单一温度值，根据检测样胶体金试纸条1、和空白对照样胶体金试纸条2的检测温度差值与样品浓度之间的标准曲线，确定检测样的样品浓度。检测过程中，所述的光热检测装置根据环境温度的变化始终将检测区域的温度维持在设定温度(20±1℃)，实现了检测装置的自动恒温控制。

实验例2

采用专利文献201710625736.1公开的“一种基于光热效应检测的胶体金试纸条定量检测装置”进行测试，检测试纸同实验例1相同，也为商品化盐酸克伦特罗胶体金试纸条。

经过检测，实验例1的盐酸克伦特罗试纸条的双通道光热检测的检测限为0.3ng·mL^-1，显著优于实验例2的单通道红外温度传感器检测限的1.6ng·mL^-1。而且相对于实验例2的检测方法，实验例1的检测可以一步完成，不需要采用两步法检测检测样后，再设置空白对照，很好地克服了检测步骤繁琐，数据处理复杂的问题；同时，也排除了环境温度和背景温度的干扰，将检测精度提高了5倍以上。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：包括壳体、控制器、双通道检测模块和自动控温模块；所述双通道检测模块位于壳体内部，所述控制器和自动控温模块安装在壳体上；所述双通道检测模块和自动控温模块均与控制器连通；

所述双通道检测模块包括：相邻设置的检测组光热检测组件和对照组光热检测组件；

所述检测组光热检测组件包括：检测样胶体金试纸条、第一红外温度传感器、第一激光发生器，所述第一红外温度传感器和第一激光发生器均设置在检测样胶体金试纸条上方，且第一红外温度传感器的感应窗口和第一激光发生器的发射窗口均朝向检测样胶体金试纸条，所述第一红外温度传感器和第一激光发生器均与控制器连接；

所述对照组光热检测组件包括：空白对照样胶体金试纸条、第二红外温度传感器、第二激光发生器，所述第二红外温度传感器和第二激光发生器均设置在空白对照样胶体金试纸条上方，且第二红外温度传感器的感应窗口和第二激光发生器的发射窗口均朝向空白对照样胶体金试纸条，所述第二红外温度传感器和第二激光发生器均与控制器连接。

2.如权利要求1所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述自动控温模块包括加热器组件、冷却器组件，所述加热器组件包括加热器、温度传感器、温度控制器，所述加热器安装在壳体的内表面上，所述温度传感器设置在壳体的内部，所述加热器和温度传感器均与温度控制器连接。

3.如权利要求2所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述自动控温模块包括温度传感器、加热器和冷却器组件，所述温度传感器设置在壳体内部，所述加热器安装在壳体的内表面上，所述加热器和温度传感器均与控制器连通。

4.如权利要求2所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述冷却器组件包括半导体冷却片、导热板、散热风扇；所述导热板紧密安装在壳体上开设的窗口中，所述半导体冷却片与导热板连接，且位于壳体内，所述散热风扇位于壳体外部，且与导热板连接，将热量排出壳体外，所述半导体冷却片和散热风扇与控制器连通。

5.如权利要求1-4任一项所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述控制器为单片机或PLC或PC。

6.如权利要求1-4任一项所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述第一激光发生器和第二激光发生器发出的波长为绿光波长。

7.如权利要求6所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述第一激光发生器和第二激光发生器发出的波长为532nm。

8.如权利要求1-4任一项所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述温度传感器为热电偶。

9.如权利要求2所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述加热器为加热片或加热膜。

10.如权利要求1所述的自动控温的双通道便携式胶体金试纸条光热检测装置，其特征在于：所述第一激光发生器、第二激光发生器分别相对于检测样胶体金试纸条、空白对照样胶体金试纸条倾斜设置。