專利名稱：一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
膠體金免疫層析試紙是近幾年來國外興起的一種快速診斷技術(shù)，其原理是將膠體金快速檢測技術(shù)應(yīng)用于抗原抗體反應(yīng)，將特異的抗體先固定于硝酸纖維素膜的某一區(qū)帶，當(dāng)干燥的硝酸纖維膜一端浸入樣品后，由于毛細(xì)管作用，樣品將沿著該纖維膜向前移動，當(dāng)移動至固定有抗體的區(qū)域時，樣品中相應(yīng)的抗原即與該抗體發(fā)生特異性結(jié)合，通過反應(yīng)區(qū)域顏色變化來實現(xiàn)特異性的免疫診斷。膠體金免疫層析試紙具有檢測效率高、方法簡便、成 本低廉等特點，目前該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、藥品、水質(zhì)、醫(yī)療等各個領(lǐng)域。目前膠體金免疫層析試紙的檢測方法主要是依靠人眼觀察判斷，這種方式具有一定的缺陷，如測試結(jié)果只能定性判斷，不能定量分析；當(dāng)待檢測物質(zhì)濃度處于臨界范圍時，試紙條條紋質(zhì)控區(qū)帶和待測區(qū)帶的顏色對比不明顯，目測難以判斷，存在假陽性和假陰性問題；當(dāng)外界環(huán)境光線較暗時，人眼難以目測判讀，并且人眼容易疲勞，主觀因素會影響結(jié)果判定，人眼檢測速度較慢，也無法進(jìn)行大批量檢測。針對這一技術(shù)缺陷，目前現(xiàn)有技術(shù)大多采用CCD成像技術(shù)來檢測膠體金免疫層析試紙，這種技術(shù)方法通過CCD采集試紙條的圖像信息，再運用圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理分析。但由于對圖像處理操作運算量很大，對處理器的要求很高，普通的單片機難以完成，若采用嵌入式系統(tǒng)，則設(shè)備成本較高，不易于膠體金免疫層析試紙診斷技術(shù)的推廣和使用。采用CCD成像技術(shù)，其照明光源一般采用白色LED光源，照明光源為單一光源時則存在照明均勻性的問題，膠體金免疫層析試紙條上部分區(qū)域的中心較亮，周圍較暗，若待測區(qū)帶恰好落在中心區(qū)域，由于背景亮度很高，圖像采集后可能無法分辨出待測區(qū)帶，或者待測區(qū)帶與背景對比不明顯，這樣會嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。若采用多光源照明，對光源穩(wěn)定性有較高的要求，需要具有較高穩(wěn)定度的供電電源，為使得照明區(qū)域亮度均勻，對LED的擺放位置、角度亦有要求。此外，多顆LED同時工作時，LED溫度上升會影響光源穩(wěn)定性，還需要考慮LED散熱的問題?？紤]到這些問題，儀器體積重量會明顯增加，設(shè)備便攜性會受到影響。由于一般采用白光LED作為光源，而膠體金免疫層析試紙條的待測區(qū)帶呈品紅色，選擇性吸收綠光，但綠光在白光中占的比例有限，因此待測區(qū)帶與背景的反射光差別不明顯，待測區(qū)帶與背景的顏色對比度不高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕，成本低，檢測結(jié)果可靠。一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，包括信息采集單元和與之相連的信息處理分析單元；
所述的信息采集單元用于對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描，其向試紙投射出射光束，以接收試紙的反射光束，并將所述的反射光束匯聚后轉(zhuǎn)換為電信號；所述的信息處理分析單元用于對所述的電信號進(jìn)行處理分析，從而輸出檢測結(jié)
果O優(yōu)選地，所述的信息采集單元通過第一反射鏡將出射光束投射于試紙上；能夠減少系統(tǒng)占用的垂直空間。所述的信息采集單元包括光源，用于通過狹縫光柵出射光束； 第一透鏡，用于接收光源出射的光束，并對該光束進(jìn)行匯聚；半透半反射器件，用于接收經(jīng)第一透鏡匯聚后的光束，并對該光束進(jìn)行反射；第二透鏡，用于接收經(jīng)半透半反射器件反射的光束，并對該光束進(jìn)行匯聚后向試紙投射出射光束；第三透鏡和第一光伏探測器；所述的第二透鏡接收試紙的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚；所述的半透半反射器件透射經(jīng)第二透鏡匯聚后的反射光束；所述的第三透鏡用于接收經(jīng)半透半反射器件透射的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚；所述的第一光伏探測器用于接收經(jīng)第三透鏡匯聚后的反射光束，并將該反射光束轉(zhuǎn)換為電信號。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的第三透鏡通過第二反射鏡接收經(jīng)半透半反射器件透射的反射光束；能夠減小信息采集單元的長度及體積。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的信息采集單元還包括一消光槽，所述的消光槽用于吸收第一透鏡匯聚后的光束經(jīng)半透半反射器件透射的那部分光束；能夠降低背景雜散光，減小背景噪聲，提高系統(tǒng)靈敏度。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的光源采用綠光LED ;能夠使試紙上的待測區(qū)帶與背景的反射光強度對比更明顯，提高光伏探測器對待測區(qū)帶顏色變化的靈敏度。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的信息采集單元還包括第二光伏探測器，所述的第二光伏探測器用于采集光源出射的光束，并將該光束轉(zhuǎn)換為反饋信號提供給信息處理分析單元，信息處理分析單元根據(jù)所述的反饋信號以對光源的工作電壓進(jìn)行閉環(huán)控制；以保證光源出射光束亮度光強恒定，系統(tǒng)檢測可靠。所述的信息處理分析單元連接有傳動裝置，信息處理分析單元通過驅(qū)動傳動裝置帶動信息采集單元在試紙正上方平移；以使信息采集單元對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描。所述的半透半反射器件采用上表面鍍有光學(xué)薄膜的光學(xué)玻璃；光伏探測器采用光電二極管；信息處理分析單元采用單片機。本發(fā)明檢測系統(tǒng)的工作原理為比爾-郎伯定律指出，當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時，其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。因此，當(dāng)吸收層厚度一定時，試紙測試區(qū)域物質(zhì)吸收的光強程度僅與該區(qū)域的吸光物質(zhì)的濃度有關(guān)。當(dāng)入射光的強度一定時，吸收的光強程度越大則反射光的強度就越小，反射光強度減弱的程度僅與測試區(qū)域?qū)獾奈沼嘘P(guān)。反射光強度越弱，樣本的濃度越高；反之，反射光強度越強，樣本的濃度越低。由于物體光譜特性不同，膠體金免疫層析試紙的質(zhì)控線，檢測線與背景區(qū)域的吸光度均有差異。通過對膠體金試紙各區(qū)域反射光光強的檢測，就可定量分析出試紙上的樣本濃度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠解決人眼只能定性判斷，不能定量分析存在的技術(shù)問題，同時也避免了人為主觀因素的影響，保證了檢測結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定；另外，相比CCD成像技術(shù)，本發(fā)明的信息處理運算量較小，只需普通單片機即可完成運算，光源采用單顆LED;因此本發(fā)明系統(tǒng)具有成本低廉、靈敏度高、體積小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點，有益于社會推廣膠體金免疫層析檢測技術(shù)。


圖I為本發(fā)明檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖I沿AA’方向的剖面圖。圖3為膠體金免疫層析試紙的示意圖。
具體實施例方式
為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息處理分析單元、第一反射鏡和傳動裝置；其中信息采集單元用于對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描，其向試紙投射出射光束，以接收試紙的反射光束，并將反射光束匯聚后轉(zhuǎn)換為電信號；其外殼固定于傳動裝置上，傳動裝置與信息處理分析單元連接，信息處理分析單元通過驅(qū)動傳動裝置帶動信息采集單元在試紙正上方平移。本實施方式中，傳動裝置采用馬達(dá)帶動齒條運行的方式實現(xiàn)傳動。如圖2所示，信息采集單元包括綠光LED I、狹縫光柵2、第一透鏡3、半透半反射器件4、第二透鏡5、第二反射鏡7、第三透鏡8、消光槽9、第一光電二極管10和第二光電二極管11 ;其中綠光LED I通過狹縫光柵2出射光束；本實施方式中，光源I與信息處理分析單元連接，且綠光LED I產(chǎn)生的光束為峰值波長為530nm的綠光；第二光電二極管11與信息處理分析單元連接，其采集綠光LED I出射的光束，并將該光束轉(zhuǎn)換為反饋信號提供給信息處理分析單元，信息處理分析單元根據(jù)反饋信號以對綠光LED I的工作電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，以保證綠光LED I出射光束亮度光強恒定；第一透鏡3接收綠光LED I出射的光束，并對該光束進(jìn)行匯聚；半透半反射器件4接收經(jīng)第一透鏡3匯聚后的光束，并對該光束進(jìn)行反射，本實施方式中，半透半反射器件4采用上表面鍍有光學(xué)薄膜的光學(xué)玻璃，其入射角為45度。消光槽9吸收第一透鏡匯聚后的光束經(jīng)半透半反射器件4透射的那部分光束；其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由多個與入射光束的保持一定傾角的斜面構(gòu)成，并且斜面采用涂黑處理。當(dāng)光束進(jìn)入消光槽后，部分光束多次經(jīng)過斜面反射后進(jìn)入消光槽死角，光束無法再被反射回半透半反射器件，同時由于多次反射使得光束的光強急劇下降，故達(dá)到吸收雜散光的目的。第一反射鏡6接收經(jīng)半透半反射器件4反射的光束，并將該光束垂直反射至試紙上；本實施方式中，第一反射鏡6的入射角為45度。出射光束照射在試紙上形成一光斑，同時該光斑的反射光束垂直回射至第一反射鏡6上,第一反射鏡6對該反射光束進(jìn)行反射；第二透鏡5接收經(jīng)第一反射鏡6反射的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚；半透半反射器件4透射經(jīng)第二透鏡5匯聚后的反射光束；第二反射鏡7接收經(jīng)半透半反射器件4透射的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行反射；本實施方式中，第二反射鏡7的入射角為45度。第三透鏡8接收經(jīng)第二反射鏡7反射的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚； 第一光電二極管10接收經(jīng)第三透鏡8匯聚后的反射光束，并將該反射光束轉(zhuǎn)換為電信號，第一光電二極管10與信息處理分析單元連接。為消除信息采集單元中光學(xué)零件和信息采集單元殼體內(nèi)壁產(chǎn)生的雜散光，本實施方式中，光學(xué)零件的非工作面以及殼體內(nèi)壁均采用涂黑處理；視加工要求，殼體材料可以為塑料或金屬。狹縫光柵2與膠體金試紙上的光斑具有物象關(guān)系，出射光路的光學(xué)系統(tǒng)(包括第一透鏡3，半透半反射器件4，第二透鏡5)的放大系數(shù)約為2 3倍。膠體金試紙上的光斑與光電二極管上的光斑亦具有物象關(guān)系，反射光路的光學(xué)系統(tǒng)(包括第二透鏡5，半透半反射器件4，第二反射鏡7，第三透鏡8)的放大系數(shù)約為O. 2 O. 3倍；為收集盡量多的反射光，提高系統(tǒng)的靈敏度，需要保證兩光路共軸；同時為了簡化光路結(jié)構(gòu)，本實施方式，采用了兩光路共用第二透鏡5的光路結(jié)構(gòu)，故第一光電二極管10與綠光LED I位置互換也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。信息處理分析單元包括信號處理模塊、穩(wěn)壓模塊、驅(qū)動模塊和顯示模塊；其中信號處理模塊與第一光電二極管10連接,其對第一光電二極管10輸出的電信號進(jìn)行處理分析，從而輸出檢測結(jié)果；顯示模塊與信號處理模塊連接，其對信號處理模塊輸出的檢測結(jié)果進(jìn)行顯示；穩(wěn)壓模塊與第二光電二極管11和綠光LED I連接，其對第二光電二極管11輸出的反饋信號進(jìn)行比較分析，進(jìn)而向綠光LED I輸出穩(wěn)壓控制信號，以對綠光LED I的工作電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，以保證綠光LED I出射光束亮度光強恒定；驅(qū)動模塊與傳動裝置中的馬達(dá)連接，其向馬達(dá)輸出驅(qū)動信號，使馬達(dá)以某一恒定的功率轉(zhuǎn)速運行，以使傳動裝置帶動信息采集單元在試紙正上方勻速平移，以對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描。本實施方式中，信息處理分析單元采用單片機；信號處理模塊、穩(wěn)壓模塊、驅(qū)動模塊均為在該單片機上編程實現(xiàn)的程序模塊。本實施方式的檢測流程為信息采集單元的出射光束由第一反射鏡聚焦在膠體金試紙上呈一狹長型光斑；同時，該光斑的反射光束經(jīng)第一反射鏡反射，匯聚到信息采集單元中的第一光電二極管上；信息采集單元由傳動裝置帶動進(jìn)行直線運動，光斑隨之在試紙條上進(jìn)行掃描，當(dāng)光斑通過試紙上的待測區(qū)帶時，反射光束光強發(fā)生變化，信息采集單元中的第一光電二極管將這種光強變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，并輸出至信息處理分析單元中進(jìn)行處理分析，最后得到檢測結(jié)果。如圖3所示，綠色LED發(fā)出的光束經(jīng)過出射光路聚焦在膠體金試紙上，形成一光斑。此時單片機控制馬達(dá)開始運轉(zhuǎn)，信息采集單元隨之進(jìn)行直線運動，光斑在試紙上直線掃描，當(dāng)光斑掃描經(jīng)過待測區(qū)帶和質(zhì)控區(qū)帶時，由于光斑背景顏色變?yōu)槠芳t色，品紅色的試紙選擇性吸收綠光，故反射光束光強迅速降低；同時，反射光束沿射光路聚焦在第一光電二極管上，第一光電二極管對探測到的光強變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化輸出至單片機中。信號處理模塊先對輸入電信號進(jìn)行模數(shù)變換，然后對所得的數(shù)字信號進(jìn)行處理分析，最后將處理后的結(jié)果輸出。信號處理模塊得到待測區(qū)帶和質(zhì)控區(qū)帶反射光強對應(yīng)的數(shù)字信號后，計算出兩者的比值，記為R。用戶事前通過對已知檢測樣本濃度的膠體金試紙定標(biāo)，得到樣本濃度C與其對應(yīng)的R值，根據(jù)數(shù)值擬合出樣本濃度曲線，并計算出擬合函數(shù)C =kR，并將該函數(shù)形式存入信號處理模塊的寄存器中；信號處理模塊調(diào)用出該擬合函數(shù)，經(jīng)過計算得到待測樣本濃度C。
權(quán)利要求
1.一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，包括信息采集單元和與之相連的信息處理分析單元；其特征在于 所述的信息采集單元用于對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描，其向試紙投射出射光束，以接收試紙的反射光束，并將所述的反射光束匯聚后轉(zhuǎn)換為電信號； 所述的信息處理分析單元用于對所述的電信號進(jìn)行處理分析，從而輸出檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息采集單元包括 光源，用于通過狹縫光柵出射光束； 第一透鏡，用于接收光源出射的光束，并對該光束進(jìn)行匯聚； 半透半反射器件，用于接收經(jīng)第一透鏡匯聚后的光束，并對該光束進(jìn)行反射； 第二透鏡，用于接收經(jīng)半透半反射器件反射的光束，并對該光束進(jìn)行匯聚后向試紙投射出射光束； 第三透鏡和第一光伏探測器； 所述的第二透鏡接收試紙的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚； 所述的半透半反射器件透射經(jīng)第二透鏡匯聚后的反射光束； 所述的第三透鏡用于接收經(jīng)半透半反射器件透射的反射光束，并對該反射光束進(jìn)行匯聚； 所述的第一光伏探測器用于接收經(jīng)第三透鏡匯聚后的反射光束，并將該反射光束轉(zhuǎn)換為電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息采集單元通過第一反射鏡將出射光束投射于試紙上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的第三透鏡通過第二反射鏡接收經(jīng)半透半反射器件透射的反射光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息采集單元還包括一消光槽，所述的消光槽用于吸收第一透鏡匯聚后的光束經(jīng)半透半反射器件透射的那部分光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的光源采用綠光LED。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息采集單元還包括第二光伏探測器，所述的第二光伏探測器用于采集光源出射的光束，并將該光束轉(zhuǎn)換為反饋信號提供給信息處理分析單元，信息處理分析單元根據(jù)所述的反饋信號以對光源的工作電壓進(jìn)行閉環(huán)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息處理分析單元連接有傳動裝置，信息處理分析單元通過驅(qū)動傳動裝置帶動信息采集單元在試紙正上方平移。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的信息處理分析單元采用單片機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膠體金免疫層析試紙用的檢測系統(tǒng)，包括信息采集單元和與之相連的信息處理分析單元；信息采集單元用于對試紙進(jìn)行光學(xué)掃描，其向試紙投射出射光束，以接收試紙的反射光束，并將反射光束匯聚后轉(zhuǎn)換為電信號；信息處理分析單元用于對電信號進(jìn)行處理分析，從而輸出檢測結(jié)果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠解決人眼只能定性判斷，不能定量分析存在的技術(shù)問題，同時也避免了人為主觀因素的影響，保證了檢測結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定；另外，相比CCD成像技術(shù)，本發(fā)明的信息處理運算量較小，只需普通單片機即可完成運算，光源采用單顆LED；因此本發(fā)明系統(tǒng)具有成本低廉、靈敏度高、體積小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點。
文檔編號G01N33/558GK102778455SQ20121026099
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者王牧云, 鄭臻榮, 黃文標(biāo) 申請人:杭州華光光電有限公司