一種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測方法
【專利摘要】一種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測方法，屬于真菌霉素檢測領(lǐng)域。針對目前生物學檢測真菌霉素的過程比較復雜、成本高、不易操作等問題，提出了一種利用雙顏色傳感器快速檢測真菌霉素類物質(zhì)濃度的方法，設(shè)計了一個顏色信息檢測系統(tǒng)，采用雙傳感器實現(xiàn)溶液樣品顏色信息采集過程中的動態(tài)白平衡，從而使顏色檢測對環(huán)境光的變化具有自適應性。采用防脈沖干擾平均值濾波算法對采集過程中得到的數(shù)據(jù)進行處理，最終獲取溶液樣品的RGB值。最后建立RGB值與被檢樣品濃度之間的線性關(guān)系。本發(fā)明使檢測系統(tǒng)具有更強的環(huán)境光的自適應能力。實驗證明該檢測方法速度快、效率高、通用性強，具有較高的測量精度和魯棒性。
【專利說明】
一種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，食品安全問題日益嚴重，而由真菌霉素類物質(zhì)引起的安全問題非常普遍。真 菌毒素(mycotoxins)是真菌在食品或飼料里生長所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，它嚴重威脅人類及動 物的健康和生命安全。常見的真菌毒素主要有黃曲霉毒素（aflatoxins)、赭曲霉毒素A (ochratox A)、煙曲霉毒素(fumonisins)和玉米赤霉稀酮(zearalenone)等。由于大部分真 菌霉素都具有毒性，因此，世界各國均對食品相關(guān)產(chǎn)品中真菌霉素的含量制定了嚴格的限 量標準。
[0003] 在食品安全領(lǐng)域，每克食品中的黃曲霉毒素以10-9克為單位度量，具有被檢出比例 高、樣品分布不均勻和存在含量低等特點。因此，對限量標準和檢測技術(shù)都提出了更高的要 求。目前，針對真菌毒素的常規(guī)儀器檢測方法主要有薄層色譜法（TLC)、高效液相色譜法 (HPLC)、氣相質(zhì)譜法(GCMS)和液相質(zhì)譜法(LCMS)等儀器分析方法。應用一種高效液相色譜 串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLC-MS/MS)來測定分析花生及其制品中的五種真菌霉素，該方法靈敏度高、 選擇性好。但縱觀這類方法，普遍存在樣品前處理過程比較復雜、儀器設(shè)備昂貴、需專門操 作人員且耗時耗力等問題，從而限制了其應用范圍，并且常規(guī)儀器檢測方法不能滿足現(xiàn)場 快速篩查分析的需求。因此，開發(fā)高效的真菌毒素檢測前處理和新型快速檢測技術(shù)及裝備 尤為重要。最近提出了一種基于非標記核酸適配體可視化檢測黃曲霉毒素Β1的快速檢測方 法，利用納米金在鹽誘導下凝聚后引起的顏色變化，實現(xiàn)了針對黃曲霉毒素Β1的靈敏快速 可視化檢測。但是在基于比色法定量時，由于不同批次的納米金在520納米波長處的吸光度 稍有差異，溶液中適配體和鹽離子濃度不固定時，吸光度都會受到影響，所以對檢測結(jié)果有 一定的影響。目前，抗原抗體法，即免疫學方法也被用于對真菌毒素的快速檢測。但是這種 方法需要制備特異性的抗體，而抗體本身由于具有不穩(wěn)定性，所以不宜保存且制備的成本 較高。這些不足制約了免疫學方法在真菌毒素領(lǐng)域中的廣泛應用。
[0004] 在以上所述的各種方法中，檢測限普遍較高，不適合真菌毒素存在含量低的特點。 因此不斷提高檢測方法的靈敏度、增強抗干擾能力、提高檢測速度，以及降低檢測成本一直 都是真菌毒素快速檢測技術(shù)開發(fā)的源動力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對真菌霉素含量的檢測進行了研究，提出了一種用于現(xiàn)場快速檢測黃曲 霉毒素的技術(shù)。本文針對真菌毒素，提出了一種利用溶液顏色確定溶液濃度的檢測方法，通 過采用顏色傳感器獲得溶液顏色的三原色(RGB)值，實現(xiàn)三原色與不同濃度溶液的匹配，從 而建立溶液濃度與RGB值之間的線性關(guān)系。該方法同時改進了傳統(tǒng)的單傳感器顏色采集系 統(tǒng)，采用雙傳感器實現(xiàn)環(huán)境光的動態(tài)白平衡，使檢測系統(tǒng)具有更強的環(huán)境光的自適應能力。 實驗證明該檢測方法速度快、效率高、通用性強，具有較高的測量精度和魯棒性。
[0006] -種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測方法，其特征在于：
[0007] 顏色傳感器I通過RGB的三個顏色通道，利用定時器/計數(shù)器采集環(huán)境中白色光的 原始數(shù)據(jù)；
[0008] 顏色傳感器Π通過RGB三個顏色通道，利用定時器/計數(shù)器采集溶液的顏色數(shù)據(jù)；
[0009] 利用均值濾波算法，對環(huán)境光中白色光的原始數(shù)據(jù)進行濾波處理，得到環(huán)境光的 白平衡參數(shù)；
[0010] 傳感器在數(shù)據(jù)采集過程中，存在脈沖干擾信號，對采集的溶液顏色數(shù)據(jù)進行防脈 沖干擾平均值濾波處理；
[0011] 利用傳感器I獲得的白平衡參數(shù)作為基準計算溶液顏色的RGB值；
[0012] 根據(jù)樣品濃度與對應的RGB值建立兩者間的關(guān)系，通過已經(jīng)建立的線性關(guān)系，然后 利用兩個顏色傳感器系統(tǒng)去檢測未知濃度溶液的顏色信息，最后推算出相應的濃度值。 [00 13]將圖1中傳感器I檢測獲得的環(huán)境光中白色的RGB的對應基準頻率分別設(shè)為Fr、Fg、 F b，Tr、Tg、Tb分別為白色的RGB的對應基準周期，傳感器Π檢測樣品顏色時的采樣頻率分別 設(shè)為5、匕、&丄山4為檢測樣品顏色時的采樣周期，根據(jù)顏色傳感器的檢測原理，利用式 (1)、（ 2)和(3)分別得到溶液樣品的RGB值。
[0017]其中，由于顏色傳感器在檢測過程中無法直接獲取測量頻率，所以系統(tǒng)通過檢測 周期T和t來計算RGB值。在計算RGB之前，需要對周期T和t進行一次濾波處理，其中T、t分別 為采樣脈沖信號時兩個傳感器對應的周期。N是采樣次數(shù)，1\為獲取環(huán)境光脈沖信號過程中 其中一次周期，^為獲取樣品脈沖信號過程中其中一次周期；
[0020]采用兩個顏色傳感器在檢測顏色的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的自動化調(diào)整，具 有環(huán)境自適應性。實驗數(shù)據(jù)驗證圖如下：
[0021 ]本發(fā)明具有如下有益效果：
[0022] (1)自動化特點。本發(fā)明采用的兩個顏色檢測系統(tǒng)能實現(xiàn)顏色檢測的自動化特點， 當環(huán)境光改變時，能自動做出調(diào)整，保證檢測結(jié)果的準確性，具有環(huán)境自適應性功能；
[0023] (2)便攜性特點。該檢測裝置可以實現(xiàn)現(xiàn)場、實地的檢測，易于使用、推廣；
[0024] (3)操作簡便、快速。通過已建立的線性關(guān)系，可以直接通過檢測未知濃度溶液的 顏色信息，即可得到其對應的濃度；
[0025] (4)靈敏度高。通過檢測未知濃度，得到其相對誤差低于7%，滿足檢測數(shù)據(jù)的準確 度要求；
[0026] (5)成本低、效益好。本檢測裝置生產(chǎn)成本低，大大降低了檢測費用。
[0027] 針對真菌毒素的檢測，本文提出的利用兩個顏色傳感器實現(xiàn)動態(tài)白平衡的快速檢 測方法，不依賴于昂貴的儀器設(shè)備及復雜的樣品前處理，也不需要制備特異性的抗體，只需 通過采集與分析溶液的顏色變化信息，建立溶液濃度與三原色（RGB)之間的線性關(guān)系。同 時，由于采用兩個顏色傳感器測量，實現(xiàn)了白平衡的實時自動校正，避免了環(huán)境光的改變對 檢測結(jié)果的影響，保證了檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和檢測結(jié)果的準確性。實驗結(jié)果驗證了該檢測 方法的可行性和有效性。該方法同樣可以用于檢測其他有關(guān)霉素類物質(zhì)。
【附圖說明】
[0028]圖1動態(tài)白平衡的實現(xiàn) [0029]圖2不同環(huán)境光下RGB值的變化
[0030] 圖(a)和(b)是在兩種不同環(huán)境光下，單、雙傳感器測得的R值的變化情況。
[0031] 圖（c)和(d)是在兩種不同環(huán)境光下，單、雙傳感器測得的G值的變化情況。
[0032] 圖（e)和(f)是在兩種不同環(huán)境光下，單、雙傳感器測得的B值的變化情況。
[0033] 結(jié)論：
[0034] 1、同一樣品在不同環(huán)境光下的RGB值會有所波動和變化；
[0035] 2、當環(huán)境光改變時，單傳感器系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)波動比較大；
[0036] 3、環(huán)境光改變時，雙傳感器系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)波動比較小。
[0037]圖3為顏色檢測系統(tǒng)電路示意圖，其中顏色傳感器型號為TCS230,電壓轉(zhuǎn)換芯片為 ULN2003，顏色傳感器的電源線采用0.0 lyF-0. lyF進行退耦，芯片的使能端0E引腳與GND引 腳之間應采用低阻抗連接，以提高抗噪聲能力。圖2為待檢測的溶液樣品，裝于離心管內(nèi)，溶 液體積占離心管體積的85%。
【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明中試劑的制備主要有納米金的制備、AFB1適配體與納米金在高鹽濃度下的 作用。
[0039] 1、納米金的制備
[0040]實驗采用檸檬酸三鈉還原法制備膠體金，在三口圓底燒瓶中加入95.8mL超純水， 再加入4.2mL質(zhì)量分數(shù)1 %氯金酸溶液，磁力、回流加熱攪拌，持續(xù)煮沸l(wèi)Omin，然后加入10mL 質(zhì)量分數(shù)1 %檸檬酸三鈉溶液，溶液顏色在lmin內(nèi)變紅，繼續(xù)沸騰20min，攪拌狀態(tài)下自然冷 卻至室溫，得到的酒紅色液體，即為納米金。
[0041] 2、溶液樣品的制備
[0042]黃曲霉毒素Bl(AFBl)適配體的濃度和NaCl鹽溶液的濃度是本檢測方法反應體系 的關(guān)鍵因素，由于不同的適配體的長度、堿基組成均不同，通過對不同濃度的適配體和NaCl 溶液的比較，確定了最佳反應條件。確定了適配體的最佳濃度為lOwnol/L，濃度為2mol/L的 NaCl溶液。
[0043] 檢測步驟
[0044]本系統(tǒng)在獲取樣品顏色信息的過程中采用的創(chuàng)新性的兩個顏色傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn) 檢測過程中的自動化，具有自適應性功能，提高了檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、準確性。同時實現(xiàn)了 一種新的檢測黃曲霉毒素濃度的方法，具體步驟如下：
[0045]顏色傳感器I通過RGB的三個顏色通道，利用定時器/計數(shù)器采集環(huán)境中白色光的 原始數(shù)據(jù)；
[0046]顏色傳感器Π通過RGB三個顏色通道，利用定時器/計數(shù)器采集溶液的顏色數(shù)據(jù)；
[0047] 利用均值濾波算法，對環(huán)境光中白色光的原始數(shù)據(jù)進行濾波處理，得到環(huán)境光的 白平衡參數(shù)；
[0048] 傳感器在數(shù)據(jù)采集過程中，存在脈沖干擾信號，所以對采集的溶液顏色數(shù)據(jù)進行 防脈沖干擾平均值濾波處理;即去掉最大值和最小值再進行平均值濾波處理；
[0049] 利用傳感器I獲得的白平衡參數(shù)作為基準計算溶液顏色的RGB值；
[0050] 根據(jù)樣品濃度與對應的RGB值建立兩者間的關(guān)系，通過已建立的線性關(guān)系可以得 到未知濃度的溶液。
[0051] 通過已經(jīng)建立的線性關(guān)系，然后利用兩個顏色傳感器系統(tǒng)去檢測未知濃度溶液的 顏色信息，最后推算出相應的濃度值。
【主權(quán)項】
1. 一種基于兩個顏色傳感器動態(tài)白平衡的真菌霉素的快速檢測方法，其特征在于： 顏色傳感器I通過RGB的三個顏色通道，利用定時器和計數(shù)器采集環(huán)境中白色光的原始 數(shù)據(jù)； 顏色傳感器Π 通過RGB三個顏色通道，利用定時器和計數(shù)器采集溶液的顏色數(shù)據(jù)； 利用均值濾波算法，對環(huán)境光中白色光的原始數(shù)據(jù)進行濾波處理，得到環(huán)境光的白平 衡參數(shù)； 傳感器在數(shù)據(jù)采集過程中，存在脈沖干擾信號，對采集的溶液顏色數(shù)據(jù)進行防脈沖干 擾平均值濾波處理； 利用傳感器I獲得的白平衡參數(shù)作為基準計算溶液顏色的RGB值； 根據(jù)樣品濃度與對應的RGB值建立兩者間的關(guān)系，通過已經(jīng)建立的線性關(guān)系，然后利用 兩個顏色傳感器系統(tǒng)去檢測未知濃度溶液的顏色信息，最后推算出相應的濃度值。
【文檔編號】G01N21/25GK106092908SQ201610355906
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】陳國華, 王玉潔, 董益陽, 張愛軍
【申請人】北京化工大學