專利名稱：一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置及測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
蛋白質(zhì)是一切生命之源，是生命活動(dòng)中最基本的物質(zhì)之一。在生物體內(nèi)含量大，種類繁多，承載著生物體完成各種生物功能的任務(wù)，對(duì)于維持生命是十分重要和必不可少的。在正常人體機(jī)體中，蛋白質(zhì)占18%，人體的皮膚、肌肉、血液、內(nèi)臟主體為蛋白質(zhì)，毛發(fā)、骨骼、指甲及體內(nèi)各種激素、酶、抗體均是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)擔(dān)負(fù)著各種生理功能，從整體上維持生物體新陳代謝活動(dòng)的進(jìn)行，是生物性狀的直接表達(dá)者，比如人血清白蛋白(HSA)是人體內(nèi)含量最豐富的運(yùn)輸?shù)鞍?，HSA有許多重要的生理學(xué)和藥理學(xué)功能，能與許多內(nèi)源和外源性物質(zhì)如脂肪酸、氨基酸、荷爾蒙、陰陽(yáng)離子和藥物等結(jié)合，起到存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)作用。人免疫球蛋白(y-G)作為淋巴細(xì)胞的細(xì)胞表面受體在許多細(xì)胞活動(dòng)中扮演著重要角色，同時(shí)在人體免疫應(yīng)答中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，蛋白質(zhì)被譽(yù)為“人體的建筑材料”、“生命之磚”。測(cè)量血液中血清蛋白濃度主要采用血清蛋白溶液測(cè)量?jī)x，它廣泛應(yīng)用于血站、I⑶、手術(shù)室、婦產(chǎn)科(產(chǎn)房)、外科臨床、腎透科、血液科、急診室、救護(hù)車、新生兒監(jiān)護(hù)和運(yùn)動(dòng)員體檢等許多方面，成為很多疾病診斷的最重要手段，為臨床提供了準(zhǔn)確及時(shí)地第一手資料，是必不可少的醫(yī)療儀器。目前，國(guó)內(nèi)外已有多種血清蛋白溶液濃度的測(cè)量?jī)x，國(guó)外如瑞典的Hemoglobin血清蛋白測(cè)量?jī)x，主要采用試劑條方法來(lái)測(cè)量蛋白濃度，這種儀器采血方便、無(wú)需稀釋、測(cè)試簡(jiǎn)潔、十分適用于運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，但其價(jià)格昂貴，導(dǎo)致中小醫(yī)院無(wú)法批量采購(gòu)，此外所用試劑條價(jià)格也很高，而且為一次消耗品，這無(wú)疑增加了患者的負(fù)擔(dān)；國(guó)內(nèi)的如上海精密科學(xué)儀器有限公司分析總廠生產(chǎn)的5200型血紅蛋白儀，采用單波長(zhǎng)法讓某個(gè)波長(zhǎng)的光通過(guò)裝有空白溶液(氰化高鐵標(biāo)準(zhǔn)稀釋液)的比色皿，再讓相同波長(zhǎng)的光通過(guò)裝有氰化高鐵與稀釋后的血紅蛋白溶液反應(yīng)生成的血紅蛋白反應(yīng)溶液的比色皿，對(duì)分別通過(guò)裝有空白溶液的比色皿和裝有血紅蛋白反應(yīng)溶液的比色皿后的兩種光強(qiáng)進(jìn)行分析，從而得出所測(cè)溶液的濃度，這種儀器測(cè)量時(shí)間較短，但需要外配稀釋器把血液稀釋250倍，然后再將稀釋后的血液與氰化高鐵進(jìn)行溶血反應(yīng)作為被測(cè)溶液，導(dǎo)致這種儀器的體積十分龐大，同時(shí)稀釋和溶血需要較長(zhǎng)時(shí)間，使得實(shí)際測(cè)量單個(gè)血液樣本的時(shí)間大大增加；另一方面，由于采用單波長(zhǎng)法需要測(cè)量通過(guò)裝有空白溶液的比色皿后的光強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比校正，導(dǎo)致操作復(fù)雜，測(cè)量效率低；此外，兩次測(cè)量致使最終的測(cè)量結(jié)果易受外界因素(如操作員的技能水平等，外界飛塵等)的影響，直接影響了測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題以及現(xiàn)有技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明旨在提供一種測(cè)試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高；該測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，利于推廣的人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置及測(cè)試方法。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是—種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，其特征在于裝置由發(fā)光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源和SSPM探測(cè)器、信號(hào)處理電路和顯示模塊組成，微透鏡陣列接收發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光，濾光片緊連微透鏡陣列用于過(guò)濾穿過(guò)微透鏡陣列的光，匯聚透鏡與濾光片相連匯聚過(guò)濾后的光，樣品池位于匯聚透鏡的匯聚點(diǎn)上，光線經(jīng)匯聚透鏡匯聚后入射到樣品池，光纖光錐位于匯聚透鏡下方，與匯聚透鏡的軸線成90°夾角，采集并傳輸樣品受光源發(fā)出的光激發(fā)產(chǎn)生的熒光光波，窄帶濾光薄膜位于匯聚透鏡末端，用于過(guò)濾光線光錐采集熒光的背景雜光，SSPM探測(cè)器與窄帶濾 光薄膜相連，將熒光轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。人體血清蛋白濃度測(cè)試方法，由下述步驟完成步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅(ZnC4Pc)起顯色反應(yīng)；步驟二 對(duì)上述步驟中反應(yīng)物在發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光準(zhǔn)直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內(nèi)待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應(yīng)溶液上，光源激發(fā)所述樣品池內(nèi)的待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應(yīng)溶液產(chǎn)生波長(zhǎng)為475nm的熒光；步驟三光纖光錐采集步驟二中產(chǎn)生的熒光，使其通過(guò)窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過(guò)濾后的突光傳輸給SSPM探測(cè)器,轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；步驟四采用信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)比較不同濃度血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)待測(cè)樣品所對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。其中，所述四羧基酞菁鋅溶液是由4-羧基鄰苯二甲酸酐、氯化鋅、鑰酸銨以及尿素人工合成的，酞菁鋅在熒光、化學(xué)發(fā)光等分析方法中具有明顯的催化活性。本發(fā)明正是基于共振瑞利散射原理，將酞菁鋅與人體蛋白質(zhì)相結(jié)合，使得特定波長(zhǎng)的共振瑞利散射強(qiáng)度急劇增強(qiáng)，從而完成對(duì)蛋白質(zhì)的定量測(cè)定。所述發(fā)光二極管陣列是由采用微細(xì)加工技術(shù)在半導(dǎo)體芯片上集成的大量發(fā)光二極管單元排布構(gòu)成。發(fā)光二極管的陣列方式主要有線排列方式、面排列方式和立體排列方式。本發(fā)明中采用面排列方式，面排列方式的特點(diǎn)是光照面積小、光輸出集中、光照度高，適用于被照射面較小且比較集中但照度值要求比較高的照射場(chǎng)所，因此，本發(fā)明中采用發(fā)光二極管陣列，可以減小光源的體積，降低成本，并提高激發(fā)光的強(qiáng)度。本發(fā)明裝置中，發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光通過(guò)微透鏡陣列準(zhǔn)直成平行光，再經(jīng)過(guò)后端濾光片進(jìn)行濾光處理。所述微透鏡陣列(MLA)是一系列孔徑在幾個(gè)微米至幾百微米的微小型透鏡按一定排列組成的陣列，它是構(gòu)成微光學(xué)系統(tǒng)的重要而又基本的光學(xué)元件，具有尺寸小、便于大規(guī)模制造、傳輸損耗小、可制成陣列形式、有特殊功能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于微光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)平行處理系統(tǒng)、寬場(chǎng)和紅外成像系統(tǒng)、光學(xué)濾波和材料加工系統(tǒng)以及抗反射和偏振態(tài)控制的亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)等。所述微透鏡列陣可以是折射型微透鏡列陣或衍射型微透鏡列陣。本發(fā)明中采用衍射型微透鏡陣列。所述光纖光錐是由上萬(wàn)根光學(xué)纖維經(jīng)規(guī)則排列、加熱、加壓融合、扭轉(zhuǎn)、拉錐等一系列工藝制成，其中每一根纖維由高折射率的芯玻璃和低折射率的包皮玻璃構(gòu)成，入射光依據(jù)全反射原理從每根纖維的一端傳向另一端。光纖傳輸元件包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐。光纖光錐是光纖面板的一種特殊形式。光纖面板是由數(shù)千萬(wàn)根直徑為5 6微米的光導(dǎo)纖維規(guī)則排列后，加溫、加壓熔合而成。它在光學(xué)上具有零厚度，有很高的集光能力和分辨率，可無(wú)失真地傳遞高清晰度圖像，是性能優(yōu)越的光電成像和圖像傳輸器件。因此，我們采用市場(chǎng)上廣泛使用的光纖光錐對(duì)光采集傳輸，其接收角度可以達(dá)到180°，提高了接收效率。所述固態(tài)光電倍增管(SSPM)是一種新型高速光電器件。固態(tài)光電倍增管采用面陣排列，蓋格工作模式的雪崩光電二極管(APD)制作而成。每一個(gè)AH)相當(dāng)于一個(gè)微型電池，采用獨(dú)特的溝槽技術(shù)將這些APD電池進(jìn)行光學(xué)隔離，所有APD電池的電流輸出被并聯(lián)起來(lái)，輸出信號(hào)集成了所有APD電池的響應(yīng)信號(hào)。每一個(gè)APD電池都以蓋格模式工作,所以每一個(gè)單元都可以作為一個(gè)數(shù)字的光子探測(cè)器，并具有很高的內(nèi)部增益和快速響應(yīng)特性。這種架構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅具有傳統(tǒng)光電倍增管靈敏度高、速度快等功能特性，同時(shí)還具有以下特點(diǎn)低壓工作，不需要高壓電源，高增益，對(duì)磁場(chǎng)不敏感，固體器件，結(jié)構(gòu)緊促，尺寸小，適合多種環(huán)境使用，非常容易與閃爍體、光纖等進(jìn)行耦合。所述信號(hào)處理電路由信號(hào)放大電路、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、RS232等構(gòu)成。SSPM輸出的信號(hào)經(jīng)放大電路放大后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)運(yùn)算處理，將濃度值顯示在顯示模塊的液晶顯示屏上。本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的測(cè)試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高；本發(fā)明的測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，利于推廣應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2是四羧基酞菁鋅與人體血清蛋白反應(yīng)溶液在405nm激發(fā)光照射下的發(fā)射光P曰。圖3是信號(hào)處理電路原理框圖。圖4是實(shí)驗(yàn)獲得的血清蛋白濃度與其對(duì)應(yīng)電壓值數(shù)據(jù)。圖5是蛋白質(zhì)濃度-電壓標(biāo)準(zhǔn)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖I 圖4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，由發(fā)光二極管陣列I、微透鏡陣列2、濾光片3、匯聚透鏡4、樣品池5、光纖光錐6、窄帶濾光薄膜7、電源8和SSPM探測(cè)器9、信號(hào)處理電路10和顯示模塊11組成。發(fā)光二極管陣列I發(fā)出的光穿過(guò)緊鄰的微透鏡陣列2后被準(zhǔn)直，濾光片3緊連微透鏡陣列2用于過(guò)濾穿過(guò)微透鏡陣列2的光，匯聚透鏡4與濾光片3相連，匯聚過(guò)濾后的光，裝有四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應(yīng)溶液樣品池5位于匯聚透鏡4的匯聚點(diǎn)上，光線經(jīng)匯聚透鏡4匯聚后入射到樣品池5，樣品池5中的樣品受光源發(fā)出的光激發(fā)產(chǎn)生熒光，其發(fā)射光譜如圖2所示，光纖光錐6位于匯聚透鏡4下方，與匯聚透鏡4的軸線成90°夾角，采集、并傳輸上述樣品產(chǎn)生的熒光，窄帶濾光薄膜7位于匯聚透鏡4末端，用于過(guò)濾光線光錐6采集熒光的背景雜光，SSPM探測(cè)器9與窄帶濾光薄膜7相連，將熒光轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器9輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。使用人體血清蛋白濃度 測(cè)試裝置的測(cè)試方法，由下述步驟完成步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL I X 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,使樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅起顯色反應(yīng)；步驟二 對(duì)上述步驟中反應(yīng)物在發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光準(zhǔn)直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內(nèi)待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應(yīng)溶液上，光源激發(fā)所述樣品池內(nèi)的待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應(yīng)溶液產(chǎn)生波長(zhǎng)為475nm的熒光；步驟三光纖光錐采集步驟二中產(chǎn)生的熒光，使其通過(guò)窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過(guò)濾后的突光傳輸給SSPM探測(cè)器,轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；步驟四采用信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)比較不同濃度血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)待測(cè)樣品所對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。具體測(cè)試示例如下米用2X10_4mol/L 的四羧基酞菁鋒溶液與 50mg/mL、40mg/mL、30mg/mL、25mg/mL、20mg/mL、10mg/mL、5mg/mL、lmg/mL的血清蛋白溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,每一種濃度重復(fù)測(cè)量8次，得到的數(shù)據(jù)如表I所示。表12. OX 10-4mol/L四羧基酞菁鋅溶液與血清蛋白實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，其特征在于裝置由發(fā)光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源與SSPM探測(cè)器、信號(hào)處理電路與顯示模塊組成；所述微透鏡陣列接收發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光，濾光片緊連微透鏡陣列用于過(guò)濾穿過(guò)微透鏡陣列的光，匯聚透鏡與濾光片相連匯聚過(guò)濾后的光，樣品池位于匯聚透鏡的匯聚點(diǎn)上，光線經(jīng)匯聚透鏡匯聚后入射到樣品池，光纖光錐位于匯聚透鏡下方，與匯聚透鏡的軸線成90°夾角，采集并傳輸樣品受光源發(fā)出的光激發(fā)產(chǎn)生的熒光光波，窄帶濾光薄膜位于匯聚透鏡末端，用于過(guò)濾光線光錐采集熒光的背景雜光，SSPM探測(cè)器與窄帶濾光薄膜相連，將熒光轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。
2.根據(jù)權(quán)力要求I所述的人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，其特征在于所述發(fā)光二極管陣列的排列方式為線排列方式、面排列方式或立體排列方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，其特征在于所述發(fā)光二極管陣列發(fā)出波長(zhǎng)為405nm的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置，其特征在于所述窄帶濾光薄膜的中心波長(zhǎng)為475nm。
5.一種權(quán)力要求I所述的人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于由下述步驟完成 步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,使樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅起顯色反應(yīng)； 步驟二 對(duì)上述步驟中反應(yīng)物在發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光準(zhǔn)直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內(nèi)待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應(yīng)溶液上，光源激發(fā)所述樣品池內(nèi)的待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應(yīng)溶液產(chǎn)生波長(zhǎng)為475nm的熒光； 步驟三光纖光錐采集步驟二中產(chǎn)生的熒光，使其通過(guò)窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過(guò)濾后的突光傳輸給SSPM探測(cè)器,轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 步驟四采用信號(hào)處理電路對(duì)SSPM探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)比較不同濃度血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)待測(cè)樣品所對(duì)應(yīng)的電壓幅度值，獲取待測(cè)樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種人體血清蛋白濃度測(cè)試裝置及測(cè)試方法，該裝置由發(fā)光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源和SSPM探測(cè)器、信號(hào)處理電路和顯示模塊組成；該方法由所述發(fā)光二極管陣列產(chǎn)生的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直、濾光、匯聚后入射到樣品池內(nèi)待測(cè)四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應(yīng)溶液上，上述反應(yīng)溶液受光源激發(fā)后產(chǎn)生熒光，光纖光錐對(duì)熒光采集并傳輸，所述窄帶濾光薄膜對(duì)背景雜光進(jìn)行濾除，SSPM探測(cè)器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理電路將SSPM探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理后將血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。本發(fā)明的測(cè)試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高，測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，利于推廣。
文檔編號(hào)G01N33/68GK102707072SQ20121021560
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者馮家臣, 馮巧玲, 周漢昌, 王高, 程耀瑜, 薛忠晉, 趙輝 申請(qǐng)人:中北大學(xué)