CN211206249U - 一种便携式甲状腺功能快速检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式甲状腺功能快速检测仪，所述检测仪包括：配套使用的SPR传感芯片、以及SPR光电检测器，所述SPR传感芯片包括金膜；所述SPR光电检测器包括：光学结构和电学结构，其中，光学结构包括：光源，由光源发出的光，依次经过准直透镜、起偏器、耦合棱镜后，在所述金膜的表面发生反射，反射光依次经过波片、检偏器后，被光电探测器采集，后输出至电学结构中；所述电学结构包括：数据采集器和执行机构，数据采集器完成数据的采集，并送入执行机构中，实现数据的存储、数据传输、以及甲状腺功能的诊断。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲状腺检测领域，尤其涉及一种便携式甲状腺功能快速检测仪。
背景技术
新疆地区甲状腺患病率非常高，调研统计，新疆地区甲状腺疾病患病率约为12-17％，其中少数民族甲状腺疾病的发病率高于汉族，其主要原因是新疆属缺碘地区，水源中碘的含量偏低，致使种植的粮食、蔬菜、水果等农作物中，碘的含量也相应偏低。人们每日由食物和饮水中摄取的无机碘<100μg，这是导致甲状腺疾病发病率较高的原因之一。
甲状腺疾病患者检查频次高，例如甲减患者需要终身随访甲状腺功能；甲亢患者易病情反复，检查频次高，一般每月复查一次。此外，甲状腺功能减退症亦为心血管疾病：高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病、脑血管疾病的危险因素，在健康查体项目中逐渐成为常规检查。
综上所述，仅在新疆范围内，甲状腺功能检测的市场需求量大，尤其是适合医院、社区、家庭的甲状腺功能快速检测技术及产品。据调研，新疆医科大学第一附属医院和自治区人民医院两家医院的甲状腺功能检测收入每年总计在4000万以上，其中用于购买检测试剂盒的费用约为50％。医院现有的检测技术存在耗时，昂贵等缺陷，目前国内尚无甲状腺功能电子快速检测仪或生物芯片类产品，社区或家用产品更是空白。内分泌科专科大夫迫切需要甲状腺功能快速检测产品，以满足医疗的需求。
实用新型内容
本实用新型提供了一种便携式甲状腺功能快速检测仪，本实用新型采用SPR(表面等离子体共振)传感芯片、以及SPR光电检测器的配套使用，实现了对甲状腺功能的快速检测，且检测过程简易方便，详见下文描述：
一种便携式甲状腺功能快速检测仪，所述检测仪包括：配套使用的SPR传感芯片、以及SPR光电检测器，
所述SPR传感芯片包括金膜；所述SPR光电检测器包括：光学结构和电学结构，
其中，光学结构包括：光源，由光源发出的光，依次经过准直透镜、起偏器、耦合棱镜后，在所述金膜的表面发生反射，反射光依次经过波片、检偏器后，被光电探测器采集，后输出至电学结构中；
所述电学结构包括：数据采集器和执行机构，数据采集器完成数据的采集，并送入执行机构中，实现数据的存储、数据传输、以及甲状腺功能的诊断。
进一步地，所述探测器为CCD。所述金膜厚度为50nm，用于配合SPR共振角度扫描检测。
优选地，所述检测仪还包括：wifi接口或蓝牙接口，用于连接外部器件，实现远程控制或人机交互功能；所述外部器件为：终端设备。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
1、该检测仪在进行甲状腺功能检测时，由于采用SPR传感芯片、以及SPR光电检测器的配套使用，使得整个检测仪有具有价格便宜、检测速度快、检测过程简易方便等优点，可以很快在生产和流通领域进行推广；
2、该检测仪将光学部分结构和电学部分结构集成为一体，降低了器件的复杂度，操作简单；
3、该检测仪可加快甲状腺功能的检测速度，并使甲状腺功能的一般性检验落实到生产单位、流通环节、消费终端，可全方位的对农产品的安全质量进行监督检验；
4、具体应用时，可以采用该检测仪与专业实验室检测并举的方式，减少对国外大型分析仪器的依赖，节省检测费用；
5、该检测仪应用光学原理，高效、快速检测甲功，前期实验证实精确度与灵敏度与目前市场应用的化学免疫发光相当甚至更优，具有高度可靠性，产品采用便携式设计，宛若“指尖血糖仪”，即用即测，做到节约成本，方便医生及患者甲功监测。
附图说明
图1为一种便携式甲状腺功能快速检测仪的结构示意图；
图2为SPR光电检测器2中的光学部分的结构示意图；
图3为SPR光电检测器2中的电路部分的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
一种便携式甲状腺功能快速检测仪，参见图1，该检测仪包括：SPR(表面等离子体共振)传感芯片1、以及SPR光电检测器2。
本实用新型通过采用SPR(表面等离子体共振)传感芯片、以及SPR光电检测器的配套使用，充分利用了SPR的物理特点，大大缩短了检测的流程、提高了检测精度。
下面分别结合图2和图3对检测仪的结构做详细的介绍，详见下文描述：
一、SPR传感芯片1
SPR传感芯片1常用作定性或定量分析生物分子相互作用，它可以实时监测生物大分子结合-解离的过程，测定受体-配体的亲和力，甚至可以监测寡聚核苷酸单链的杂交过程。
随着SPR应用领域的扩展和交叉学科的兴起，SPR传感技术结合免疫分析技术在抗原-抗体检测方面的研究得以迅速发展。利用SPR免疫传感技术对甲状腺功能7项激素抗原进行检测，即发挥了SPR传感芯片1无需标记、实时、快速的优势，又充分体现了生物抗体高特异性和高亲和力的特点，针对不同目标物有大量的相关研究报道，具有很大开发潜力和广阔的应用前景。
在SPR传感芯片1的检测中，灵敏度表征为被测生物样本的单位折射率的变化所对应的共振信号的改变。信息的改变首先反映在传感芯片上，然后才通过光电转换器把信息以电荷的形式被采集、量化，而后输入计算机处理得到所需要的信息。
SPR传感芯片1是整个检测的基础和检测信号的源头，只有SPR传感芯片1具有很高的灵敏度，整个快速检测仪才有可能获得高分辨率和高灵敏度。芯片上发生的是生化反应，必须通过光电检测器将生化反应信号转换为电信号才便于处理和分析。高灵敏度的芯片配以高灵敏度光电检测器，可能获得高灵敏度的检测信号。
SPR传感芯片1整个快速检测仪的源头，它的性能很大程度上决定了整个仪器的灵敏度。SPR传感芯片1表面的金属自由电子在入射光激励下发生集体振荡而产生表面等离子体激元(surface plasmonpolaritons,SPPs)，其在金属—电介质表面的传播常量可表示为：
其中，ω是角频率，εm是金属介电常数，εd是介质介电常数，c表示真空中光的传播速度，λ表示真空中的光波长。
表面等离子激元沿着金属表面传播就形成了表面等离子波(surface plasmonwave，SPW)。以棱镜耦合角度调制型SPR传感芯片1为例，镀于棱镜表面的金属膜厚度在数十纳米左右，当一束光照射在棱镜表面并发生反射而产生倏逝波时，此倏逝波将会和金属—介质表面的等离子体激元相互作用，调整入射光角度使得倏逝波的传播常数和SPW的传播常数相等，就会发生SPR现象。
所以金膜11的厚度是产生SPR现象的首要条件，它直接影响SPR传感芯片1的灵敏度。选择合适的厚度极为重要，金膜太厚，导致全反射产生的倏逝波不能穿透金膜，也就不能激发SPR；反之，太薄时SPR效果也不明显，灵敏度很低。
研究表明，当发生SPR现象时，相位变化要比光强变化剧烈，从而相位检测比光强检测灵敏度高。研究表明当金膜厚度为50nm时，基于光强检测的角度扫描方法的灵敏度最高；当金膜厚度为45nm时，相位检测的灵敏度能达到104°/RIU。比较两者的灵敏度，相位检测的灵敏度要比光强检测方法的高很多。另外，灵敏度和检测范围是一个矛盾，灵敏度高就必然随之检测范围变小，两者只能综合考虑，统筹兼顾。
选择合适的金膜厚度能得到高灵敏度，但是有时还是达不到检测系统的要求，或者是由于灵敏度的提高使得可测范围变小，灵敏度和测量范围往往是矛盾的双方。因此，利用金颗粒来提高SPR检测的灵敏度是一种非常好的方法，金颗粒用来改善生物结合的结构，主要有两种类型：1、生物分子耦合胶体金纳米颗粒；2、金纳米颗粒固定在玻璃基片上(即为金膜层)。比较两种方法，前者在提高灵敏度方面较有效，但操作比较复杂；后者提高灵敏度不及前者，可是能拓展动态检测范围。
在本实用新型中设计的金膜厚度为50nm，主要目的是配合SPR共振角度扫描检测。金纳米颗粒固定在玻璃基片上(即为金膜11)。生物分子耦合胶体金纳米颗粒的灵敏度较高。
二、SPR光电检测器2
光、以及在金膜层上被检测的生物分子产生SPR现象，反射光的光强和相位都发生了变化，根据检测对象和方法的不同，可以把SPR检测分为四种：光强检测法、共振角度扫描法、共振波长扫描法和相位检测法。本次研制的SPR检测仪使用的是共振角度扫描法，该方法在保证检测灵敏度的基础上，技术上简单易行。
SPR光电检测系统主要由光学结构和电学结构组成，其中，参见图2，光学结构：主要包括：光源(激光器)21、准直透镜22、起偏器23、耦合棱镜24、波片25、检偏器26、以及光电探测器27。
即，由光源21发出的光，依次经过准直透镜22、起偏器23、耦合棱镜24后，在金膜11的表面发生反射，反射光依次经过波片25、检偏器26后，被光电探测器27采集，后输出至电学结构中。
其中，探测器27器通常为高分辨率的CCD，CCD输出的信号经数据采集器28采集后，送入执行机构29。
参见图3，电学结构包括：数据采集器28和执行机构29。数据采集器28完成数据的采集，并送入执行机构29中，实现数据的存储、数据传输等功能。
具体实现时，执行机构29主要完成光源和准直系统的优化抑制光源噪声，光学图像去噪，成像系统的优化，共振吸收曲线的数据拟合、以及对甲状腺功能的诊断等功能。
上述执行机构29所实现的功能，均是本领域已有的检测仪实现的功能，本申请不存在对软件上的改进，均是应用了已有的软件流程。
实际使用该快速检测仪时，执行机构29可以为单片机、以及微控制器等电子器件，本实用新型实施例对此不做限制。
具体实现时，当选择上述厚度的金膜11、探测器27为CCD、执行机构为单片机时，可以实现检测动态范围约为1.32-1.40RIU，分辨率为5×10-6RIU。还可以根据实际应用中的需要对上述的参数进行设定和选择，以此实现更宽范围的动态监测范围，以及更高的检测分辨率。
三、外部器件
实际应用时，该快速检测仪还可以设置有wifi、蓝牙等接口，通过该接口等可以实现与外部的CPU、控制器等器件的通讯，实现对快速检测仪的远程控制，以及人机交互等功能。
当该快速检测仪出现故障时，也可以通过上述的接口将故障数据传输至用户终端，实现对该快速检测仪的实时监控，提高用户使用度。
本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种便携式甲状腺功能快速检测仪，其特征在于，所述检测仪包括：配套使用的SPR传感芯片、以及SPR光电检测器，
所述SPR传感芯片包括金膜；所述SPR光电检测器包括：光学结构和电学结构，
其中，光学结构包括：光源，由光源发出的光，依次经过准直透镜、起偏器、耦合棱镜后，在所述金膜的表面发生反射，反射光依次经过波片、检偏器后，被光电探测器采集，后输出至电学结构中；
所述电学结构包括：数据采集器和执行机构，数据采集器完成数据的采集，并送入执行机构中，实现数据的存储、数据传输、以及甲状腺功能的诊断。
2.根据权利要求1所述的一种便携式甲状腺功能快速检测仪，其特征在于，所述探测器为CCD。
3.根据权利要求1所述的一种便携式甲状腺功能快速检测仪，其特征在于，所述金膜厚度为50nm，用于配合SPR共振角度扫描检测。
4.根据权利要求1所述的一种便携式甲状腺功能快速检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括：
wifi接口或蓝牙接口，用于连接外部器件，实现远程控制或人机交互功能。
5.根据权利要求4所述的一种便携式甲状腺功能快速检测仪，其特征在于，所述外部器件为：终端设备。
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| GR01 | Patent grant | ||
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