本發明屬于層析檢測技術領域,特別是涉及一種鑭系高敏熒光層析裝置及檢測方法。
背景技術:
為滿足poct即時檢測(point-of-caretesting)的應用,金標層析快速檢測方法被廣泛使用,隨著對定量檢測的需求,市場中出現了各種替代膠體金的微球,主要集中在熒光微球和時間分辨微球。
普通的熒光微球具有較強的熒光信號,大大提高了層析條的檢測信號強度,解決了膠體金使用顏色判斷無法細分的問題。而時間分辨熒光具有較高的特異性,采用避開激發熒光在照射熒光微球時刻,延遲采集熒光信號的方法,回避激發光照射產生的背景熒光的干擾,大大提高信噪比。然而,由于時間分辨熒光在激發光源關閉后,熒光強度急劇衰減,即所謂以指數曲線方式衰減。也就是說,雖然經過延時后,背景干擾熒光幾乎沒有,但是時間分辨熒光也已經非常弱。如此一來,提高的信噪比也就相對有限。
如何解決普通熒光的背景干擾大和時間分辨熒光信號弱的矛盾問題成為了該領域技術人員努力的方向。
技術實現要素:
本發明的目的就是提供一種鑭系高敏熒光層析裝置及檢測方法,能完全解決上述現有技術的不足之處。
本發明的目的通過下述技術方案來實現:
一種鑭系高敏熒光層析裝置,包括激發光源、移動裝置、分光器、光源光路、熒光光路、光電轉換器、電路裝置和通信裝置,所述移動裝置包括一個步進馬達以及由步進馬達驅動的傳動機構,在傳動機構上放置層析檢測卡,激發光源對應層析檢測卡設置,在激發光源與層析檢測卡之間設置分光器,分光器與層析檢測卡之間設置光源光路,在分光器與光電轉換器之間設置熒光光路,激發光源、光電轉換器和移動裝置由電路裝置控制,電路裝置驅動通信裝置,通信裝置連接終端。
作為優選,所述激發光源發出的激發光波長大于400nm小于550nm。
作為優選,所述激發光源激發層析檢測卡上的熒光標記物所產生的熒光為長壽命熒光。
作為優選,所述激發光源為led光源。
作為優選,所述電路裝置包括可編程邏輯控制器、放大器、a/d轉換器、光源開關、模擬開關和藍牙,所述放大器、模擬開關和a/d轉換器依次電聯,a/d轉換器和藍牙均與可編程邏輯控制器電聯,放大器與光電轉換器電聯,光源開關與激發光源電聯,可編程邏輯控制器連接移動裝置。
作為優選,所述電路裝置包括有usb功能模塊,電路裝置通過usb功能模塊或藍牙連接終端。
作為優選,所述終端連接互聯網,終端通過互聯網獲得檢測樣本的標準曲線,并將檢測結果存儲到互聯網。
一種鑭系高敏熒光層析檢測方法,電路裝置控制激發光源發出激發光,對層析檢測卡進行照射,層析檢測卡上的熒光微球被激發產生瞬時熒光,該瞬時熒光通過分光器后聚焦在光電轉換器,光電轉換器將熒光信號轉換為電信號并傳遞給電路裝置,電路裝置采集到瞬時熒光信號強度值,所述激發光源發出的激發光波長大于420nm小于550nm,所述層析檢測卡上的熒光微球為鑭系熒光微球,在關閉激發光源的同時電路裝置開始采集鑭系熒光微球產生的熒光信號強度值,并連續采樣400us以上,電路裝置對采集到的熒光信號強度值求平均值或求加權平均值,從而獲得層析檢測卡上一個點的熒光信號強度值,電路裝置通過移動裝置控制層析檢測卡移動,電路裝置逐點采集層析檢測卡上的熒光信號強度值,進而完成整個層析檢測卡的檢測。
進一步,所述激發光源開啟10-100us后關閉。
進一步,所述電路裝置將檢測結果傳遞給終端,終端中的應用程序根據層析檢測卡的熒光信號強度檢測結果,計算出層析檢測卡上c線和t線的熒光信號強度值,根據終端通過互聯網獲得檢測樣本的標準曲線,即c線和t線的熒光信號強度值與標準曲線的對照關系,計算得出被檢測目標檢測物的含量。
瞬時熒光檢測技術是在激發光照射至關閉時刻檢測熒光信號,此時熒光信號包含標記熒光微球熒光、雜質熒光、激發光、散射光等干擾信號。通常用于非定量物質的分析。
時間分辨熒光層析法是在激發光關閉后延遲一定時間后檢測熒光信號,采集熒光信號的延遲時間選擇基本依據熒光物質的熒光壽命設置,一般的時間分辨熒光采用340納米波長的光源激發,為了有效避開背景雜質的熒光余輝,需要延時200-400微秒。由于熒光強度是以指數衰減速度急劇衰減,此時的熒光信號很弱,需要通過提高熒光儀的精度或光電轉換器的放大倍率來實現。時間分辨熒光檢測分析技術靈敏度高,適用于衡量的熒光物質檢測方法。
本發明中定義激發光源開啟至關閉時刻,熒光微球被激發產生的熒光為瞬時熒光;激發光源關閉后,熒光微球產生的熒光為時間分辨熒光。激發光源開啟過程中熒光微球產生的瞬時熒光信號強度值為一個定值,而時間分辨熒光信號強度值為一個隨時間增加而快速減小的值。
在熒光層析方法中,樣品中血清、毒素、霉菌以及纖維素酶、nc膜等物質(統稱雜質熒光物質),在激發光激發下也將產生雜質熒光,紫外光激發比可見光激發,產生的雜質熒光強。本裝置采用(波長為400nm—480nm±5%)可見光激發,相比常規的時間分辨熒光采用340-360nm紫外激發光,所產生的雜質熒光的干擾急劇減少,具備采集延遲0-200微秒期間內更強時間分辨熒光信號的條件。
與現有技術相比,本發明的有益效果在于:結構簡單,設計合理,大幅度降低了背景熒光,提高了熒光強度,并縮短檢測時間,既保證背景熒光低又保證熒光信號強,進而提高信噪比。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖;
圖2是圖1中電路裝置的結構示意圖;
圖3是鑭系高敏熒光衰減曲線。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步的說明。
如圖1和圖2所示,一種鑭系高敏熒光層析裝置,包括激發光源1、移動裝置2、分光器3、光源光路4、熒光光路5、光電轉換器6、電路裝置7和通信裝置8,所述移動裝置2包括一個步進馬達以及由步進馬達驅動的傳動機構,在傳動機構上放置層析檢測卡9,激發光源1對應層析檢測卡9設置,在激發光源1與層析檢測卡9之間設置分光器3,分光器3與層析檢測卡9之間設置光源光路4,在分光器3與光電轉換器6之間設置熒光光路5,激發光源1、光電轉換器6和移動裝置2由電路裝置7控制,電路裝置7驅動通信裝置8,通信裝置8連接終端。所述激發光源1為能發出大于420nm波長激發光的激發光源。當步進馬達被電路裝置7驅動時,傳動機構能夠帶動層析檢測卡9左右移動,達到掃描的作用。所述終端為智能手機或pc機,通過終端實現檢測顯示和報告。所述移動裝置2、分光器3、光源光路4、熒光光路5、光電轉換器6和通信裝置8均為現有技術,在此不再贅述。
作為優選的技術方案,所述激發光源1為led光源,激發光源1發出的激發光波長大于420nm小于550nm。
一種鑭系高敏熒光層析檢測方法,電路裝置控制激發光源發出激發光,對層析檢測卡進行照射,層析檢測卡上的熒光微球被激發產生瞬時熒光,該瞬時熒光通過分光器后聚焦在光電轉換器,光電轉換器將熒光信號轉換為電信號并傳遞給電路裝置,電路裝置采集到瞬時熒光信號強度值。所述激發光源發出的激發光波長大于420nm小于550nm,所述層析檢測卡上的熒光微球為鑭系熒光微球,所述激發光源開啟20us后關閉,在關閉激發光源的同時電路裝置開始采集鑭系熒光微球產生的熒光信號強度值,并連續采樣400us以上,電路裝置對采集到的熒光信號強度值求平均值或求加權平均值,從而獲得層析檢測卡上一個點的熒光信號強度值,電路裝置通過移動裝置控制層析檢測卡移動,電路裝置逐點采集層析檢測卡上的熒光信號強度值,進而完成整個層析檢測卡的檢測。
所述電路裝置將檢測結果傳遞給終端,終端中的應用程序根據層析檢測卡的熒光信號強度檢測結果,計算出層析檢測卡上c線和t線的熒光信號強度值,根據終端通過互聯網獲得檢測樣本的標準曲線,即c線和t線的熒光信號強度值與標準曲線的對照關系,計算得出被檢測目標檢測物的含量。
鑭系高敏熒光層析裝置在工作時,激發光源1產生的激發光經過光源光路4照射層析檢測卡9上的鑭系熒光微球,激發鑭系熒光微球產生熒光,該熒光為長壽命熒光,熒光經過分光器3進入熒光光路5聚焦在光電轉換器6,光電轉換器6將熒光信號轉換成電信號,電信號送入電路裝置7,電路裝置7通過移動裝置2控制層析檢測卡9移動。所述激發光源1開啟10-100us后關閉。該電路裝置7在關閉激發光源1的同時采集并記錄層析檢測卡9激發的鑭系熒光微球的熒光信號強度值,并連續采樣400us以上,然后電路裝置7對采集到的熒光信號強度值求平均值或求加權平均值,得到層析檢測卡9在該位置的熒光信號強度值,然后電路裝置通過移動裝置2控制層析檢測卡9移動進行下一點熒光信號強度值的采集,直到完成整個層析檢測卡9的檢測。
層析檢測卡9上的纖維素膜、灰塵、蛋白和雜質等在激發光的照射下均會產生背景熒光,尤其是在340-360nm波長的激發光的激發下,這些背景熒光會非常強,然而背景熒光相比長壽命的時間分辨熒光,背景熒光在激發光源關閉后激發的熒光會以更快的速度衰減,一般在200us-300us左右,背景熒光會淬滅。本裝置采用420nm以上波長的激發光,所產生的背景熒光將大量減少,于是背景熒光在激發光關閉后激發的熒光會以更快的速度衰減,一般在50us-100us左右,背景熒光就會淬滅。
當層析檢測卡的熒光微球采用激發光波長大于420nm小于550nm的鑭系熒光微球時,在關閉激發光源后,背景熒光本身較弱,會在極短的時間內淬滅,于是可以將采集長壽命熒光的時間大大提前,時間的提前意味著采集到的熒光強度的大大提高,達到既保證背景熒光低又保證熒光信號強進而提高信噪比的目的。
本發明的電路裝置7采用連續采集熒光的方式,其在激發光關閉時刻開始的400us時間內連續采集熒光,并求熒光信號強度值的加權平均值,隨著時間的延遲權值逐漸加大,按延時時間提高長壽命熒光信號在平均值中的權重,最后得到熒光信號強度的平均值。
圖3說明了熒光強度的變化過程,電路裝置采集的開始時間點為激發光源關閉時刻(即圖中的關燈時刻)。根據熒光隨時間指數衰減的特性,更早時刻采集的熒光強度是遠遠高于之后采集的時間分辨熒光,這需要得益于使用波長大于420nm的激發光,而且波長越長激發的熒光會越強。
本實施例中,層析卡上任何一個位置的鑭系高敏熒光的檢測結果f為:
f=∑[f(t)×t]/n
公式中f(t)為光電轉換器在不同時刻采集到的熒光光強的電信號,t為在激發光源關閉后的采樣次數,為0至400us,時間間隔為1us,共采集次數n=400次。采集結果隨著延時的增加,權值逐漸加大,必要時可能權值不按比例增加,本實施例未提供。
參見圖2,所述電路裝置7包括可編程邏輯控制器7-1、放大器7-2、a/d轉換器7-3、光源開關7-4、模擬開關7-5和藍牙7-6,所述放大器7-2、模擬開關7-5和a/d轉換器7-3依次電聯,a/d轉換器7-3和藍牙7-6均與可編程邏輯控制器7-1電聯,放大器7-2與光電轉換器6電聯,光源開關7-4與激發光源1電聯,可編程邏輯控制器7-1連接移動裝置2。所述電路裝置7還包括有usb功能模塊7-7,電路裝置7通過usb功能模塊7-7或藍牙7-6連接終端7-8。所述終端7-8連接互聯網,終端7-8通過互聯網獲得檢測樣本的標準曲線,并將檢測結果存儲到互聯網。此處終端7-8采用智能手機。
在可編程邏輯控制器7-1(fpga)的時序控制下,控制步進馬達驅動的傳動機構使層析檢測卡9步進移動,方便對層析檢測卡上的每個點位產生的熒光信號進行采集。然后,通過光源開關7-4打開激發光源1,照射30us后,關閉激發光源1。層析檢測卡9在激發光源1的照射后,層析檢測卡9上熒光微球產生的熒光進入光電轉換器6,產生電信號,電信號經過放大器7-2處理后進入模擬開關7-5,并在可編程邏輯控制器7-1(fpga)的時序控制下,按采樣實現將電信號送入高速模數a/d轉換器7-3轉換為數字信號f(t),然后對數字信號f(t)進行加權平均計算后,將此位置的熒光強度數據經過藍牙傳送到智能手機,由智能手機中的應用程序對數據進行顯示和處理。然后驅動移動裝置2移動層析檢測卡9,進行下個位置的熒光信號采集,直至掃描完成整個層析檢測卡9的鑭系熒光的檢測。
該電路裝置7按時序對層析檢測卡9進行熒光強度的掃描檢測數據,通過藍牙7-6將檢測裝置的掃描數據傳入智能手機,智能手機中的app應用程序計算出層析卡上c線和t線的熒光信號強度。智能手機通過連接互聯網,從互聯網上獲得試劑盒預置的標準曲線,根據層析卡上c線和t線的熒光信號強度與標準曲線的對照關系,計算出被檢測目標檢測物的含量。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。