專(zhuān)利名稱(chēng)：一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及上轉(zhuǎn)換磷光生物檢測(cè)，特別是一種一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，該傳感器可對(duì)基于上轉(zhuǎn)換磷光技術(shù)的多重檢測(cè)免疫層析試紙條進(jìn)行結(jié)果判讀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)樣品中多種目標(biāo)被檢物的定量檢測(cè)。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換磷光技術(shù)是基于上轉(zhuǎn)換磷光材料而發(fā)展起來(lái)的一種新型標(biāo)記與應(yīng)用的技術(shù)。上轉(zhuǎn)換磷光材料(Up-Converting Phosphor，簡(jiǎn)稱(chēng)UCP)是一種可對(duì)光子能量進(jìn)行上轉(zhuǎn)的無(wú)機(jī)合成物，即UCP可吸收低能量(長(zhǎng)波長(zhǎng))的紅外光，但卻發(fā)射高能量(短波長(zhǎng))的可見(jiàn)光。若將上轉(zhuǎn)換發(fā)光顆粒作為標(biāo)記物與生物活性分子通過(guò)共價(jià)鍵相連接，并使其在層析的過(guò)程中通過(guò)免疫反應(yīng)固定于固相載體的表面，便可在紅外光激發(fā)下，通過(guò)對(duì)免疫層析試紙條進(jìn)行判讀，得到被檢物分子的屬性與含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品中目標(biāo)被檢物的定量檢測(cè)。
在先技術(shù)中，檢測(cè)儀器對(duì)放置于掃描平臺(tái)上的試紙條進(jìn)行機(jī)械掃描，UCP顆粒受激發(fā)后發(fā)出的磷光由光學(xué)系統(tǒng)收集，再經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后送入計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。試紙條上只有一個(gè)質(zhì)控帶與一個(gè)檢測(cè)帶，即一次只能檢測(cè)一個(gè)樣品中的一種目標(biāo)被檢物。而且，試紙條層析過(guò)程中由于某些原因可能出現(xiàn)高滯留現(xiàn)象而使本試紙條不合格，在先技術(shù)沒(méi)有對(duì)其生物反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在先技術(shù)中，由同一個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集及處理，只能順序操作，不能并行處理，造成了時(shí)間的浪費(fèi)；且計(jì)算機(jī)的功耗較大，不能采用干電池供電。鍵盤(pán)、鼠標(biāo)均為外部設(shè)備，不易攜帶。
上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)是1、檢測(cè)效率低。因?yàn)樵嚰垪l上只有一個(gè)質(zhì)控帶與一個(gè)檢測(cè)帶，所以一次只能檢測(cè)一個(gè)樣品中的一種目標(biāo)被檢物。如果檢測(cè)一個(gè)樣品中的多種目標(biāo)被檢物，則必須使用多個(gè)試紙條，因而檢測(cè)速度慢，效率低，且所需樣品量大。
2、判讀過(guò)程中缺少監(jiān)控值，無(wú)法判定生物反應(yīng)是否正常。由于試紙條層析過(guò)程中因?yàn)槟承┰蚩赡艹霈F(xiàn)高滯留現(xiàn)象而使本次檢測(cè)不成功，如果不對(duì)其生物反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，則對(duì)該樣品的檢測(cè)結(jié)果將可能會(huì)做出錯(cuò)誤的判定。
3、時(shí)間和功耗浪費(fèi)。由同一個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集及處理，只能順序操作，不能并行處理，造成了時(shí)間的浪費(fèi)。
4、不能在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。由于功耗大，不能采用干電池供電，且鍵盤(pán)、鼠標(biāo)均為外部設(shè)備，不易攜帶，致使儀器不能在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述在先技術(shù)的問(wèn)題，提供一種一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，該傳感器應(yīng)具有下列優(yōu)點(diǎn)能對(duì)試紙條上一個(gè)質(zhì)控帶和多個(gè)檢測(cè)帶以及可能出現(xiàn)高滯留的區(qū)域上的UCP顆粒的存在量進(jìn)行精確測(cè)定，既可判定試紙條上生物反應(yīng)的狀態(tài)，又能實(shí)現(xiàn)多重檢測(cè)。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制及顯示系統(tǒng)分開(kāi)，兩個(gè)系統(tǒng)的操作可同時(shí)進(jìn)行，大大節(jié)約了時(shí)間。采用干電池供電，以簡(jiǎn)易薄膜鍵盤(pán)替代在先技術(shù)的外置鍵盤(pán)及鼠標(biāo)，儀器可以在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。
有別于在先技術(shù)中所說(shuō)的一次只能檢測(cè)一個(gè)樣品中的一種目標(biāo)被檢物的“單一檢測(cè)”，本實(shí)用新型可對(duì)一個(gè)樣品中的兩種或兩種以上的目標(biāo)被檢物進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，即本實(shí)用新型所說(shuō)的“多重檢測(cè)”。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制及顯示系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)及供設(shè)置具有多個(gè)檢測(cè)帶的試紙條的掃描平臺(tái)組成所述的光學(xué)系統(tǒng)包括紅外半導(dǎo)體激光器、激發(fā)光路、磷光接收光路，由紅外半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激發(fā)光束通過(guò)所述的激發(fā)光路照射于所述的試紙條上，所述的磷光接收光路連接所述的光電探測(cè)器，所述的光電探測(cè)器的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有第一單片機(jī)，所述的控制及顯示系統(tǒng)具有第二單片機(jī)，第一單片機(jī)和第二單片機(jī)可分別同時(shí)工作，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述的控制及顯示系統(tǒng)相連，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制所述的掃描平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由第一單片機(jī)、AD芯片、外擴(kuò)RAM、外擴(kuò)I/O口、RS232接口和地址鎖存器組成，所述的第一單片機(jī)一方面分別接所述的AD芯片、外擴(kuò)RAM數(shù)據(jù)端、外擴(kuò)I/O口、RS232接口和地址鎖存器，并通過(guò)地址鎖存器與外擴(kuò)RAM地址端相連，另一方面還與所述的控制及顯示系統(tǒng)相連，所述的掃描平臺(tái)與所述的步進(jìn)電機(jī)相連，所述的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊再與第一單片機(jī)相連，所述的光電探測(cè)器輸出端通過(guò)所述的AD芯片再與第一單片機(jī)相連。
所述的控制及顯示系統(tǒng)由第二單片機(jī)、液晶顯示屏(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LCD)、時(shí)鐘芯片、薄膜鍵盤(pán)、外擴(kuò)RAM、外擴(kuò)I/O口、RS232接口、打印機(jī)和地址鎖存器組成，所述的第二單片機(jī)一方面分別與LCD、時(shí)鐘芯片、薄膜鍵盤(pán)、外擴(kuò)RAM、外擴(kuò)I/O口、RS232接口、打印機(jī)和地址鎖存器相連，并通過(guò)所述的地址鎖存器與外擴(kuò)RAM地址端相連，另一方面還與所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一單片機(jī)相連。
所述的試紙條除有具有一個(gè)加樣孔外，還有一個(gè)質(zhì)控帶、多個(gè)檢測(cè)帶和一個(gè)監(jiān)控區(qū)域。
所述的光學(xué)系統(tǒng)由激發(fā)光源、激發(fā)光路和磷光接收光路組成。所述的激發(fā)光源為紅外半導(dǎo)體激光器。
所述的光電探測(cè)器為光電倍增管(PMT)，其輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述的控制及顯示系統(tǒng)相連。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下所述的紅外半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激發(fā)光束經(jīng)過(guò)激發(fā)光路后在試紙條表面形成一個(gè)長(zhǎng)方形光斑，長(zhǎng)方形光斑的長(zhǎng)度方向與試紙條的寬度方向一致。長(zhǎng)方形光斑掃描試紙條上的一個(gè)質(zhì)控帶及多個(gè)檢測(cè)帶，激發(fā)出可見(jiàn)磷光。磷光信號(hào)經(jīng)過(guò)磷光接收光路后由所述的光電倍增管收集并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)，送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行分析。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一單片機(jī)得到所述的控制及顯示系統(tǒng)的第二單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的“開(kāi)始”命令后，通過(guò)對(duì)其I/O口軟件編程產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖，同時(shí)第一單片機(jī)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)，以即時(shí)驅(qū)動(dòng)AD芯片轉(zhuǎn)換由PMT轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一個(gè)采樣點(diǎn)距離，AD芯片就進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，直至試紙條掃描完畢。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)由外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)，并實(shí)時(shí)通過(guò)外擴(kuò)I/O輸出到控制及顯示系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。一次采集完畢后，掃描平臺(tái)復(fù)位。在此同時(shí)，所述的控制及顯示系統(tǒng)把接收到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)外擴(kuò)I/O送入的原始采集數(shù)據(jù)送LCD屏畫(huà)出曲線(xiàn)圖，人工干預(yù)確定質(zhì)控帶、各個(gè)檢測(cè)帶以及監(jiān)控區(qū)域的位置，計(jì)算得出最終結(jié)果。同時(shí)還可設(shè)定下一次的檢測(cè)參數(shù)。
所述的控制及顯示系統(tǒng)的第二單片機(jī)通過(guò)不斷掃描鍵盤(pán)接受用戶(hù)指令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理。時(shí)間由時(shí)鐘芯片每隔1分鐘通過(guò)外部中斷送入第二單片機(jī)。用戶(hù)的操作步驟、輸入數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果等都由LCD屏進(jìn)行顯示。
與在先技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下1、檢測(cè)效率高。試紙條上有一個(gè)質(zhì)控帶和多個(gè)檢測(cè)帶，即一次可以檢測(cè)一種樣品中的多種目標(biāo)被檢物。提高了檢測(cè)效率，且所需樣品量少。
2、可以計(jì)算易滯留區(qū)域的磷光信號(hào)Q，并設(shè)定監(jiān)控值，判定生物反應(yīng)是否正常。本實(shí)用新型可以選定易滯留區(qū)域位置并計(jì)算出Qc值，與所設(shè)定的監(jiān)控值比較，若大于該值，則試紙條上的生物反應(yīng)不正常，本次檢測(cè)無(wú)效；若小于該值，則繼續(xù)進(jìn)行試紙條判讀，給出最終結(jié)果。從而可以避免因生物反應(yīng)不正常而導(dǎo)致的錯(cuò)誤檢測(cè)結(jié)果的產(chǎn)生。
3、檢測(cè)速度快。采用兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制及顯示系統(tǒng)分開(kāi)，兩個(gè)系統(tǒng)的操作可同時(shí)進(jìn)行，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制掃描平臺(tái)復(fù)位過(guò)程中，控制及顯示系統(tǒng)可同時(shí)計(jì)算結(jié)果輸出，設(shè)置樣品ID號(hào)、判定值等各項(xiàng)參數(shù)，大大節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間。
4、可在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。本實(shí)用新型采用單片機(jī)系統(tǒng)，功耗低，可由干電池供電，且以簡(jiǎn)易薄膜鍵盤(pán)替代在先技術(shù)中的外置鍵盤(pán)及鼠標(biāo)，可獨(dú)立工作。
5、本實(shí)用新型的單片機(jī)系統(tǒng)，在高分辨率全屏幕圖形點(diǎn)陣式LCD上可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作界面和任意圖形的顯示。


圖1是本實(shí)用新型一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型采用的試紙條的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖5是本實(shí)用新型的控制及顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是本實(shí)用新型的控制流程圖。
圖7是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理算法流程圖。
圖8是本實(shí)用新型最佳實(shí)施例的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。也是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型實(shí)施例一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，由光學(xué)系統(tǒng)1、光電探測(cè)器2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3、控制及顯示系統(tǒng)4、驅(qū)動(dòng)模塊5、步進(jìn)電機(jī)6及供設(shè)置具有多個(gè)檢測(cè)帶803、804的試紙條8的掃描平臺(tái)7組成所述的光學(xué)系統(tǒng)1包括激發(fā)光源101、激發(fā)光路102、磷光接收光路103，見(jiàn)圖3，由激發(fā)光源101發(fā)出的激發(fā)光束通過(guò)激發(fā)光路102照射于所述的試紙條8上，所述的磷光接收光路103連接所述的光電探測(cè)器2，所述的光電探測(cè)器2的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3具有第一單片機(jī)301，所述的控制及顯示系統(tǒng)4具有第二單片機(jī)401，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3第一單片機(jī)301與所述的控制及顯示系統(tǒng)4第二單片機(jī)401相連，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3又通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊5驅(qū)動(dòng)所述的步進(jìn)電機(jī)6控制所述的掃描平臺(tái)7的運(yùn)動(dòng)。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3，參見(jiàn)圖4，由第一單片機(jī)301、AD芯片302、外擴(kuò)RAM303、外擴(kuò)I/O口304、RS232接口305和地址鎖存器306組成，所述的第一單片機(jī)301一方面分別接所述的AD芯片302、外擴(kuò)RAM303數(shù)據(jù)端、外擴(kuò)I/O口304、RS232接口305和地址鎖存器306，并通過(guò)地址鎖存器306與外擴(kuò)RAM303地址端相連，另一方面還與所述的控制及顯示系統(tǒng)4相連，所述的掃描平臺(tái)7與所述的步進(jìn)電機(jī)6相連，所述的步進(jìn)電機(jī)6通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊5再與第一單片機(jī)301相連，所述的光電探測(cè)器2輸出端通過(guò)所述的AD芯片302再與第一單片機(jī)301相連。
所述的控制及顯示系統(tǒng)4，參見(jiàn)圖5，由第二單片機(jī)401、LCD402、時(shí)鐘芯片403、薄膜鍵盤(pán)404、外擴(kuò)RAM405、外擴(kuò)I/O口406、RS232接口407、打印機(jī)408和地址鎖存器409組成，所述的第二單片機(jī)401一方面分別與LCD402、時(shí)鐘芯片403、薄膜鍵盤(pán)404、外擴(kuò)RAM405、外擴(kuò)I/O口406、RS232接口407、打印機(jī)408和地址鎖存器409相連，并通過(guò)地址鎖存器409與外擴(kuò)RAM405地址端相連，另一方面還與所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3的第一單片機(jī)301相連。
所述的試紙條8，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，它除有一個(gè)加樣孔801外，還有一個(gè)質(zhì)控帶805、第一檢測(cè)帶803、第二檢測(cè)帶804和一個(gè)監(jiān)控區(qū)域802。
所述的激發(fā)光源101為紅外半導(dǎo)體激光器。
所述的光電探測(cè)器2為光電倍增管。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下將待檢測(cè)的試紙條8放置于掃描平臺(tái)7上。紅外半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的激發(fā)光束經(jīng)過(guò)激發(fā)光路102在試紙條8表面形成一個(gè)長(zhǎng)方形光斑，長(zhǎng)方形光斑的長(zhǎng)度與寬度應(yīng)分別與試紙條8寬度和本實(shí)用新型的掃描分辨率相匹配，以保證本實(shí)用新型具有較高的穩(wěn)定性與靈敏度。并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3控制驅(qū)動(dòng)模塊5驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)6帶動(dòng)掃描平臺(tái)7運(yùn)動(dòng)，使長(zhǎng)方形光斑掃描整個(gè)試紙條8，包括質(zhì)控帶805、第一檢測(cè)帶803、第二檢測(cè)帶804等多個(gè)檢測(cè)帶，以及監(jiān)控區(qū)域802，請(qǐng)參閱圖2。此時(shí)，沉積在試紙條8各功能帶上的UCP顆粒受到紅外激光激發(fā)后，通過(guò)上轉(zhuǎn)換發(fā)出可見(jiàn)磷光。各功能帶上的磷光信號(hào)強(qiáng)度就是本實(shí)用新型所要檢測(cè)的信號(hào)。該磷光信號(hào)又經(jīng)磷光接收光路103由所述的光電探測(cè)器2轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
請(qǐng)參閱圖4，第一單片機(jī)301接收到由控制及顯示系統(tǒng)4發(fā)送來(lái)的采集開(kāi)始命令后，便采集光電探測(cè)器2輸出的信號(hào)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊5驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)6帶動(dòng)掃描平臺(tái)7移動(dòng)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，光電探測(cè)器2輸出的模擬信號(hào)進(jìn)入AD芯片302的模擬輸入端，此時(shí)第一單片機(jī)301驅(qū)動(dòng)AD芯片302進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入外擴(kuò)RAM 303，地址鎖存器306用以鎖存選定的地址。采集結(jié)束后，通知控制及顯示系統(tǒng)4數(shù)據(jù)采集已完畢，等待控制及顯示系統(tǒng)4獲取數(shù)據(jù)。通過(guò)RS232接口305，第一單片機(jī)301可與PC計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。
請(qǐng)參閱圖5，系統(tǒng)上電后，第二單片機(jī)401便控制LCD屏402顯示用戶(hù)提示，通過(guò)鍵盤(pán)404等待用戶(hù)輸入命令，用戶(hù)可以修改時(shí)間、設(shè)定操作者及檢測(cè)物、設(shè)定樣品ID號(hào)、設(shè)定判定值及監(jiān)控值、發(fā)送開(kāi)始檢測(cè)命令、查看和打印檢測(cè)報(bào)告等指令。第二單片機(jī)401接收到相應(yīng)的指令后便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外圍芯片工作。時(shí)間的修改由第二單片機(jī)401向時(shí)鐘芯片403進(jìn)行讀寫(xiě)完成，時(shí)間的更新由時(shí)鐘芯片403通過(guò)外部中斷送入第二單片機(jī)401。當(dāng)用戶(hù)完成參數(shù)設(shè)置并發(fā)送開(kāi)始檢測(cè)命令后，第二單片機(jī)401便向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，隨后等待采集完畢信號(hào)。采集完畢后，第二單片機(jī)401由外擴(kuò)I/O口406讀取數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并送LCD屏402畫(huà)出曲線(xiàn)圖，人工干預(yù)確定質(zhì)控帶及多個(gè)檢測(cè)帶的位置，計(jì)算得出結(jié)果，做出結(jié)果判斷，并由LCD屏402顯示檢測(cè)報(bào)告，此時(shí)用戶(hù)可選擇打印，將結(jié)果通過(guò)打印機(jī)408輸出。
圖6是本實(shí)用新型的控制流程圖。先利用薄膜鍵盤(pán)404設(shè)置操作者、檢測(cè)物、樣品ID、判定值及監(jiān)控值等各個(gè)參數(shù)，然后由用戶(hù)按鍵發(fā)送“開(kāi)始”指令，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3開(kāi)始采集光電探測(cè)器2輸出的信號(hào)，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3控制驅(qū)動(dòng)模塊5驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)6帶動(dòng)掃描平臺(tái)7移動(dòng)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集完畢以后，掃描平臺(tái)7復(fù)位，停止檢測(cè)。光電探測(cè)器2輸出的電信號(hào)進(jìn)入AD芯片302模擬端，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)存入外部RAM。等待下一次指令開(kāi)始新的檢測(cè)。
圖7是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理流程圖。第二單片機(jī)401讀取外部RAM的數(shù)據(jù)，送至LCD 402畫(huà)出曲線(xiàn)圖，先自動(dòng)搜索質(zhì)控帶和多個(gè)檢測(cè)帶區(qū)域，然后人工確定質(zhì)控帶和檢測(cè)帶位置，即左右移動(dòng)指示線(xiàn)至各個(gè)帶的峰值處，請(qǐng)參閱圖8，其中Q為監(jiān)控區(qū)域的信號(hào)，C為質(zhì)控帶805的信號(hào)，T1、T2分別為第一檢測(cè)帶803和第二檢測(cè)帶804的信號(hào)，如果試紙條包含有多于兩個(gè)檢測(cè)帶，則各個(gè)檢測(cè)帶的信號(hào)依次為T(mén)1、T2、T3……Tn(n＞＝2)。在層析過(guò)程中，通過(guò)加樣孔801將樣品點(diǎn)加到試紙條8上后，在吸水墊的毛細(xì)虹吸作用下液體樣品依次經(jīng)過(guò)監(jiān)控區(qū)域802、第一檢測(cè)帶803、第二檢測(cè)帶804和質(zhì)控帶805。這個(gè)過(guò)程會(huì)造成一定的樣品沉積，該沉積對(duì)應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)在各個(gè)功能帶的附近大致可以擬合為一條斜率為正的直線(xiàn)，因此要先把采集到的數(shù)據(jù)分段減去幾條斜率不同的直線(xiàn)的值，即去掉本底噪聲。然后，求出質(zhì)控帶和與之最近的檢測(cè)帶的中心點(diǎn)位置周?chē)妩c(diǎn)的平均值，監(jiān)控區(qū)域的信號(hào)Q除以平均值，則得到Qc值。將Qc值與設(shè)定的監(jiān)控值作比較，若“Qc值＞監(jiān)控值”，則試紙條出錯(cuò)；若“Qc值＜監(jiān)控值”，則繼續(xù)計(jì)算出質(zhì)控帶805的信號(hào)C，第一檢測(cè)帶803和第二檢測(cè)帶804的信號(hào)T1、T2，即分別對(duì)各個(gè)帶的峰值位置周?chē)鄠€(gè)點(diǎn)的信號(hào)求平均值作為該功能帶的信號(hào)值，進(jìn)而計(jì)算出它們的比值T1/C和T2/C，這些比值就是本實(shí)用新型最終所要得到的結(jié)果，該結(jié)果與樣品中含有的被檢物濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，即依據(jù)反應(yīng)模式的不同呈正比或反比關(guān)系。
下面是本實(shí)用新型實(shí)施例的具體器件及結(jié)構(gòu)參數(shù)紅外半導(dǎo)體激光器1是峰值波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器，輸出功率為80mW。激發(fā)光束經(jīng)激發(fā)光路102在試紙條8表面形成一個(gè)長(zhǎng)方形光斑，長(zhǎng)方形光斑的長(zhǎng)度為2.5mm，寬度為30μm。被激發(fā)出的磷光的峰值波長(zhǎng)為541.5nm。光電探測(cè)器2為PMT，光敏面尺寸為φ8mm，波長(zhǎng)響應(yīng)范圍為300-850nm，對(duì)波長(zhǎng)為980nm的激發(fā)光無(wú)響應(yīng)，在其內(nèi)部已集成了前置放大器，其輸出電壓范圍為0-10V。采樣點(diǎn)共250個(gè)，采樣分辨率為32μm。第一單片機(jī)301和第二單片機(jī)401選用的是Philips的89V51RD型，其具有1kbit的內(nèi)部RAM和64kbit的內(nèi)部ROM，能充分滿(mǎn)足系統(tǒng)需要。AD芯片302具有12位精度，滿(mǎn)量程為10V，精度可達(dá)2.44mV。LCD屏402為全屏幕圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器組件，由控制器、驅(qū)動(dòng)器和全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。
圖8是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例對(duì)一個(gè)可檢測(cè)一個(gè)樣品中兩種目標(biāo)被檢物的試紙條進(jìn)行檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖，該試紙條可檢測(cè)炭疽芽孢桿菌和鼠疫菌。其中，T1為免疫反應(yīng)中結(jié)合了炭疽芽孢桿菌的第一檢測(cè)帶803的磷光信號(hào)，T2為免疫反應(yīng)中結(jié)合了鼠疫菌的第二檢測(cè)帶804的磷光信號(hào)，C為質(zhì)控帶805的信號(hào)。由于功能帶本身有1mm的寬度，對(duì)應(yīng)于多個(gè)采樣點(diǎn)，本實(shí)用新型分別對(duì)峰值位置周?chē)鄠€(gè)點(diǎn)的信號(hào)求平均值作為該功能帶的信號(hào)值，由此計(jì)算可得T1＝0.85889V，T2＝4.75300V，C＝4.33823V。最后獲得第一檢測(cè)帶803和第二檢測(cè)帶804相對(duì)于質(zhì)控帶信號(hào)的比值T1/C＝0.19788，T2/C＝1.09561，將這兩個(gè)比值與用戶(hù)輸入的判定值進(jìn)行比較便可作出結(jié)果判讀。
本實(shí)施例以電壓為12V的可充電干電池供電，一次充電后可使本實(shí)施例連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)以上，因此可以在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。
經(jīng)試用表明，本實(shí)用新型能對(duì)試紙條上一個(gè)質(zhì)控帶和多個(gè)檢測(cè)帶以及可能出現(xiàn)高滯留的區(qū)域上的UCP顆粒的存在量進(jìn)行精確測(cè)定，既可判定試紙條上生物反應(yīng)的狀態(tài)，又能實(shí)現(xiàn)多重檢測(cè)。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制及顯示系統(tǒng)分開(kāi)，兩個(gè)系統(tǒng)的操作可同時(shí)進(jìn)行，大大節(jié)約了時(shí)間。采用干電池供電，以簡(jiǎn)易薄膜鍵盤(pán)替代在先技術(shù)的外置鍵盤(pán)及鼠標(biāo)，儀器可以在野外環(huán)境下獨(dú)立工作。
權(quán)利要求1.一種一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于由光學(xué)系統(tǒng)(1)、光電探測(cè)器(2)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)、控制及顯示系統(tǒng)(4)、驅(qū)動(dòng)模塊(5)、步進(jìn)電機(jī)(6)及供放置具有多個(gè)檢測(cè)帶(803、804)試紙條(8)的掃描平臺(tái)(7)組成所述的光學(xué)系統(tǒng)(1)包括激發(fā)光源(101)、激發(fā)光路(102)、磷光接收光路(103)，由激發(fā)光源(101)發(fā)出的激發(fā)光束通過(guò)激發(fā)光路(102)照射于所述的試紙條(8)上，所述的磷光接收光路(103)連接所述的光電探測(cè)器(2)，所述的光電探測(cè)器(2)的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)具有第一單片機(jī)(301)，所述的控制及顯示系統(tǒng)(4)具有第二單片機(jī)(401)，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)第一單片機(jī)(301)與所述的控制及顯示系統(tǒng)(4)第二單片機(jī)(401)相連，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)又通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊(5)驅(qū)動(dòng)所述的步進(jìn)電機(jī)(6)控制所述的掃描平臺(tái)(7)的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)由第一單片機(jī)(301)、AD芯片(302)、外擴(kuò)RAM(303)、外擴(kuò)I/O口(304)、RS232接口(305)和地址鎖存器(306)組成，所述的第一單片機(jī)(301)一方面分別接所述的AD芯片(302)、外擴(kuò)RAM(303)數(shù)據(jù)端、外擴(kuò)I/O口(304)、RS232接口(305)和地址鎖存器(306)，并通過(guò)地址鎖存器(306)與外擴(kuò)RAM(303)地址端相連，另一方面還與所述的控制及顯示系統(tǒng)(4)相連，所述的掃描平臺(tái)(7)與所述的步進(jìn)電機(jī)(6)相連，所述的步進(jìn)電機(jī)(6)通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊(5)再與第一單片機(jī)(301)相連，所述的光電探測(cè)器(2)輸出端通過(guò)所述的AD芯片(302)再與第一單片機(jī)(301)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于所述的控制及顯示系統(tǒng)(4)由第二單片機(jī)(401)、液晶顯示屏(402)、時(shí)鐘芯片(403)、薄膜鍵盤(pán)(404)、外擴(kuò)RAM(405)、外擴(kuò)I/O口(406)、RS232接口(407)、打印機(jī)(408)和地址鎖存器(409)組成，所述的第二單片機(jī)(401)一方面分別與LCD(402)、時(shí)鐘芯片(403)、薄膜鍵盤(pán)(404)、外擴(kuò)RAM(405)、外擴(kuò)I/O口(406)、RS232接口(407)、打印機(jī)(408)和地址鎖存器(409)相連，并通過(guò)地址鎖存器(406)與外擴(kuò)RAM(405)地址端相連，另一方面還與所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)的第一單片機(jī)(301)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于所述的試紙條(8)除有具有一個(gè)加樣孔(801)外，還有一個(gè)質(zhì)控帶(805)、多個(gè)檢測(cè)帶(803、804)和一個(gè)監(jiān)控區(qū)域(802)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于所述的激發(fā)光源(101)為紅外半導(dǎo)體激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于所述的光電探測(cè)器(2)為光電倍增管。
專(zhuān)利摘要一種一維多重檢測(cè)上轉(zhuǎn)換磷光生物傳感器，其特征在于由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制及顯示系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)及供放置具有多個(gè)檢測(cè)帶的試紙條的掃描平臺(tái)組成。所述的光學(xué)系統(tǒng)包括紅外半導(dǎo)體激光器、激發(fā)光路、磷光接收光路，所述的磷光接收光路連接所述的光電探測(cè)器，所述的光電探測(cè)器的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有第一單片機(jī)，所述的控制及顯示系統(tǒng)具有第二單片機(jī)，第一單片機(jī)和第二單片機(jī)可分別同時(shí)工作。本實(shí)用新型具有檢測(cè)效率高、檢測(cè)速度快、檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠、可在野外環(huán)境下便攜地工作等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N33/52GK2906601SQ200620042469
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者余琨, 周蕾, 黃立華, 閆中強(qiáng), 劉蕾, 楊瑞馥, 黃惠杰, 趙永凱, 曾愛(ài)軍, 吳文兵, 張友寶 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所, 中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所