专利名称：一种人体血清蛋白浓度测试装置及测试方法
技术领域：
本发明属于医疗检测技术领域，具体涉及一种人体血清蛋白浓度测试装置及测试方法。
背景技术：
蛋白质是一切生命之源，是生命活动中最基本的物质之一。在生物体内含量大，种类繁多，承载着生物体完成各种生物功能的任务，对于维持生命是十分重要和必不可少的。在正常人体机体中，蛋白质占18%，人体的皮肤、肌肉、血液、内脏主体为蛋白质，毛发、骨骼、指甲及体内各种激素、酶、抗体均是蛋白质，蛋白质担负着各种生理功能，从整体上维持生物体新陈代谢活动的进行，是生物性状的直接表达者，比如人血清白蛋白(HSA)是人体内含量最丰富的运输蛋白，HSA有许多重要的生理学和药理学功能，能与许多内源和外源性物质如脂肪酸、氨基酸、荷尔蒙、阴阳离子和药物等结合，起到存储和转运作用。人免疫球蛋白(y-G)作为淋巴细胞的细胞表面受体在许多细胞活动中扮演着重要角色，同时在人体免疫应答中发挥着至关重要的作用。因此，蛋白质被誉为“人体的建筑材料”、“生命之砖”。测量血液中血清蛋白浓度主要采用血清蛋白溶液测量仪，它广泛应用于血站、I⑶、手术室、妇产科(产房)、外科临床、肾透科、血液科、急诊室、救护车、新生儿监护和运动员体检等许多方面，成为很多疾病诊断的最重要手段，为临床提供了准确及时地第一手资料，是必不可少的医疗仪器。目前，国内外已有多种血清蛋白溶液浓度的测量仪，国外如瑞典的Hemoglobin血清蛋白测量仪，主要采用试剂条方法来测量蛋白浓度，这种仪器采血方便、无需稀释、测试简洁、十分适用于运动员训练现场进行测试，但其价格昂贵，导致中小医院无法批量采购，此外所用试剂条价格也很高，而且为一次消耗品，这无疑增加了患者的负担；国内的如上海精密科学仪器有限公司分析总厂生产的5200型血红蛋白仪，采用单波长法让某个波长的光通过装有空白溶液(氰化高铁标准稀释液)的比色皿，再让相同波长的光通过装有氰化高铁与稀释后的血红蛋白溶液反应生成的血红蛋白反应溶液的比色皿，对分别通过装有空白溶液的比色皿和装有血红蛋白反应溶液的比色皿后的两种光强进行分析，从而得出所测溶液的浓度，这种仪器测量时间较短，但需要外配稀释器把血液稀释250倍，然后再将稀释后的血液与氰化高铁进行溶血反应作为被测溶液，导致这种仪器的体积十分庞大，同时稀释和溶血需要较长时间，使得实际测量单个血液样本的时间大大增加；另一方面，由于采用单波长法需要测量通过装有空白溶液的比色皿后的光强进行对比校正，导致操作复杂，测量效率低；此外，两次测量致使最终的测量结果易受外界因素(如操作员的技能水平等，外界飞尘等)的影响，直接影响了测量精度。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题以及现有技术缺陷和不足，本发明旨在提供一种测试装置体积小、成本低、携带方便、灵敏度高；该测试方法操作简单，利于推广的人体血清蛋白浓度测试装置及测试方法。本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是—种人体血清蛋白浓度测试装置，其特征在于装置由发光二极管阵列、微透镜阵列、滤光片、汇聚透镜、样品池、光纤光锥、窄带滤光薄膜、电源和SSPM探测器、信号处理电路和显示模块组成，微透镜阵列接收发光二极管阵列发出的光，滤光片紧连微透镜阵列用于过滤穿过微透镜阵列的光，汇聚透镜与滤光片相连汇聚过滤后的光，样品池位于汇聚透镜的汇聚点上，光线经汇聚透镜汇聚后入射到样品池，光纤光锥位于汇聚透镜下方，与汇聚透镜的轴线成90°夹角，采集并传输样品受光源发出的光激发产生的荧光光波，窄带滤光薄膜位于汇聚透镜末端，用于过滤光线光锥采集荧光的背景杂光，SSPM探测器与窄带滤 光薄膜相连，将荧光转换为电压信号，信号处理电路对SSPM探测器输出的电压信号进行处理，获取待测样品中血清蛋白的含量，血清蛋白的浓度值显示在显示模块的液晶屏上。人体血清蛋白浓度测试方法，由下述步骤完成步骤一取ImL人体血清蛋白与3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁锌混合,样品池中的血清蛋白与四羧基酞菁锌(ZnC4Pc)起显色反应；步骤二 对上述步骤中反应物在发光二极管阵列发出的光准直、滤光、汇聚后，使其入射到上述样品池内待测四羧基酞菁锌与血清蛋白反应溶液上，光源激发所述样品池内的待测四羧基酞菁锌与血清蛋白的反应溶液产生波长为475nm的荧光；步骤三光纤光锥采集步骤二中产生的荧光，使其通过窄带滤光薄膜滤除其背景杂光，并将过滤后的突光传输给SSPM探测器,转换为电压信号；步骤四采用信号处理电路对SSPM探测器输出的信号进行处理，通过比较不同浓度血清蛋白标准样品对应的电压幅度值，制定标准曲线，根据待测样品所对应的电压幅度值，获取待测样品中血清蛋白的含量，并将血清蛋白的浓度值在显示模块的液晶屏上显示。其中，所述四羧基酞菁锌溶液是由4-羧基邻苯二甲酸酐、氯化锌、钥酸铵以及尿素人工合成的，酞菁锌在荧光、化学发光等分析方法中具有明显的催化活性。本发明正是基于共振瑞利散射原理，将酞菁锌与人体蛋白质相结合，使得特定波长的共振瑞利散射强度急剧增强，从而完成对蛋白质的定量测定。所述发光二极管阵列是由采用微细加工技术在半导体芯片上集成的大量发光二极管单元排布构成。发光二极管的阵列方式主要有线排列方式、面排列方式和立体排列方式。本发明中采用面排列方式，面排列方式的特点是光照面积小、光输出集中、光照度高，适用于被照射面较小且比较集中但照度值要求比较高的照射场所，因此，本发明中采用发光二极管阵列，可以减小光源的体积，降低成本，并提高激发光的强度。本发明装置中，发光二极管阵列发出的光通过微透镜阵列准直成平行光，再经过后端滤光片进行滤光处理。所述微透镜阵列(MLA)是一系列孔径在几个微米至几百微米的微小型透镜按一定排列组成的阵列，它是构成微光学系统的重要而又基本的光学元件，具有尺寸小、便于大规模制造、传输损耗小、可制成阵列形式、有特殊功能等优点，广泛用于微光学系统、光学平行处理系统、宽场和红外成像系统、光学滤波和材料加工系统以及抗反射和偏振态控制的亚波长光栅结构等。所述微透镜列阵可以是折射型微透镜列阵或衍射型微透镜列阵。本发明中采用衍射型微透镜阵列。所述光纤光锥是由上万根光学纤维经规则排列、加热、加压融合、扭转、拉锥等一系列工艺制成，其中每一根纤维由高折射率的芯玻璃和低折射率的包皮玻璃构成，入射光依据全反射原理从每根纤维的一端传向另一端。光纤传输元件包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥。光纤光锥是光纤面板的一种特殊形式。光纤面板是由数千万根直径为5 6微米的光导纤维规则排列后，加温、加压熔合而成。它在光学上具有零厚度，有很高的集光能力和分辨率，可无失真地传递高清晰度图像，是性能优越的光电成像和图像传输器件。因此，我们采用市场上广泛使用的光纤光锥对光采集传输，其接收角度可以达到180°，提高了接收效率。所述固态光电倍增管(SSPM)是一种新型高速光电器件。固态光电倍增管采用面阵排列，盖格工作模式的雪崩光电二极管(APD)制作而成。每一个AH)相当于一个微型电池，采用独特的沟槽技术将这些APD电池进行光学隔离，所有APD电池的电流输出被并联起来，输出信号集成了所有APD电池的响应信号。每一个APD电池都以盖格模式工作,所以每一个单元都可以作为一个数字的光子探测器，并具有很高的内部增益和快速响应特性。这种架构设计，不仅具有传统光电倍增管灵敏度高、速度快等功能特性，同时还具有以下特点低压工作，不需要高压电源，高增益，对磁场不敏感，固体器件，结构紧促，尺寸小，适合多种环境使用，非常容易与闪烁体、光纤等进行耦合。所述信号处理电路由信号放大电路、AD转换器、单片机、显示模块、键盘输入模块、数据存储、RS232等构成。SSPM输出的信号经放大电路放大后进行AD转换，由单片机运算处理，将浓度值显示在显示模块的液晶显示屏上。本发明突出的实质性特点和显著的有益效果是与现有技术比较，本发明的测试装置体积小、成本低、携带方便、灵敏度高；本发明的测试方法操作简单，利于推广应用。
图I是本发明一种人体血清蛋白浓度测试装置的结构简图。图2是四羧基酞菁锌与人体血清蛋白反应溶液在405nm激发光照射下的发射光P曰。图3是信号处理电路原理框图。图4是实验获得的血清蛋白浓度与其对应电压值数据。图5是蛋白质浓度-电压标准曲线。
具体实施例方式下面结合图I 图4对本发明进行详细说明如图I所示一种人体血清蛋白浓度测试装置，由发光二极管阵列I、微透镜阵列2、滤光片3、汇聚透镜4、样品池5、光纤光锥6、窄带滤光薄膜7、电源8和SSPM探测器9、信号处理电路10和显示模块11组成。发光二极管阵列I发出的光穿过紧邻的微透镜阵列2后被准直，滤光片3紧连微透镜阵列2用于过滤穿过微透镜阵列2的光，汇聚透镜4与滤光片3相连，汇聚过滤后的光，装有四羧基酞菁锌与血清蛋白反应溶液样品池5位于汇聚透镜4的汇聚点上，光线经汇聚透镜4汇聚后入射到样品池5，样品池5中的样品受光源发出的光激发产生荧光，其发射光谱如图2所示，光纤光锥6位于汇聚透镜4下方，与汇聚透镜4的轴线成90°夹角，采集、并传输上述样品产生的荧光，窄带滤光薄膜7位于汇聚透镜4末端，用于过滤光线光锥6采集荧光的背景杂光，SSPM探测器9与窄带滤光薄膜7相连，将荧光转换为电压信号，信号处理电路对SSPM探测器9输出的电压信号进行处理，获取待测样品中血清蛋白的含量，血清蛋白的浓度值显示在显示模块的液晶屏上。使用人体血清蛋白浓度 测试装置的测试方法，由下述步骤完成步骤一取ImL人体血清蛋白与3mL I X 10_3mol/L四羧基酞菁锌混合,使样品池中的血清蛋白与四羧基酞菁锌起显色反应；步骤二 对上述步骤中反应物在发光二极管阵列发出的光准直、滤光、汇聚后，使其入射到上述样品池内待测四羧基酞菁锌与血清蛋白反应溶液上，光源激发所述样品池内的待测四羧基酞菁锌与血清蛋白的反应溶液产生波长为475nm的荧光；步骤三光纤光锥采集步骤二中产生的荧光，使其通过窄带滤光薄膜滤除其背景杂光，并将过滤后的突光传输给SSPM探测器,转换为电压信号；步骤四采用信号处理电路对SSPM探测器输出的信号进行处理，通过比较不同浓度血清蛋白标准样品对应的电压幅度值，制定标准曲线，根据待测样品所对应的电压幅度值，获取待测样品中血清蛋白的含量，并将血清蛋白的浓度值在显示模块的液晶屏上显示。具体测试示例如下米用2X10_4mol/L 的四羧基酞菁锋溶液与 50mg/mL、40mg/mL、30mg/mL、25mg/mL、20mg/mL、10mg/mL、5mg/mL、lmg/mL的血清蛋白溶液进行实验测量,每一种浓度重复测量8次，得到的数据如表I所示。表12. OX 10-4mol/L四羧基酞菁锌溶液与血清蛋白实验数据
权利要求
1.一种人体血清蛋白浓度测试装置，其特征在于装置由发光二极管阵列、微透镜阵列、滤光片、汇聚透镜、样品池、光纤光锥、窄带滤光薄膜、电源与SSPM探测器、信号处理电路与显示模块组成；所述微透镜阵列接收发光二极管阵列发出的光，滤光片紧连微透镜阵列用于过滤穿过微透镜阵列的光，汇聚透镜与滤光片相连汇聚过滤后的光，样品池位于汇聚透镜的汇聚点上，光线经汇聚透镜汇聚后入射到样品池，光纤光锥位于汇聚透镜下方，与汇聚透镜的轴线成90°夹角，采集并传输样品受光源发出的光激发产生的荧光光波，窄带滤光薄膜位于汇聚透镜末端，用于过滤光线光锥采集荧光的背景杂光，SSPM探测器与窄带滤光薄膜相连，将荧光转换为电压信号，信号处理电路对SSPM探测器输出的电压信号进行处理，获取待测样品中血清蛋白的含量，血清蛋白的浓度值显示在显示模块的液晶屏上。
2.根据权力要求I所述的人体血清蛋白浓度测试装置，其特征在于所述发光二极管阵列的排列方式为线排列方式、面排列方式或立体排列方式。
3.根据权利要求I所述的人体血清蛋白浓度测试装置，其特征在于所述发光二极管阵列发出波长为405nm的光。
4.根据权利要求I所述的人体血清蛋白浓度测试装置，其特征在于所述窄带滤光薄膜的中心波长为475nm。
5.一种权力要求I所述的人体血清蛋白浓度测试装置的测试方法，其特征在于由下述步骤完成 步骤一取ImL人体血清蛋白与3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁锌混合,使样品池中的血清蛋白与四羧基酞菁锌起显色反应； 步骤二 对上述步骤中反应物在发光二极管阵列发出的光准直、滤光、汇聚后，使其入射到上述样品池内待测四羧基酞菁锌与血清蛋白反应溶液上，光源激发所述样品池内的待测四羧基酞菁锌与血清蛋白的反应溶液产生波长为475nm的荧光； 步骤三光纤光锥采集步骤二中产生的荧光，使其通过窄带滤光薄膜滤除其背景杂光，并将过滤后的突光传输给SSPM探测器,转换为电压信号； 步骤四采用信号处理电路对SSPM探测器输出的信号进行处理，通过比较不同浓度血清蛋白标准样品对应的电压幅度值，制定标准曲线，根据待测样品所对应的电压幅度值，获取待测样品中血清蛋白的含量，并将血清蛋白的浓度值在显示模块的液晶屏上显示。
全文摘要
本发明公开了一种人体血清蛋白浓度测试装置及测试方法，该装置由发光二极管阵列、微透镜阵列、滤光片、汇聚透镜、样品池、光纤光锥、窄带滤光薄膜、电源和SSPM探测器、信号处理电路和显示模块组成；该方法由所述发光二极管阵列产生的光经过准直、滤光、汇聚后入射到样品池内待测四羧基酞菁锌与血清蛋白反应溶液上，上述反应溶液受光源激发后产生荧光，光纤光锥对荧光采集并传输，所述窄带滤光薄膜对背景杂光进行滤除，SSPM探测器对光信号进行光电转换，信号处理电路将SSPM探测器输出的信号进行处理后将血清蛋白的浓度值显示在显示模块的液晶屏上。本发明的测试装置体积小、成本低、携带方便、灵敏度高，测试方法操作简单，利于推广。
文档编号G01N33/68GK102707072SQ20121021560
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者冯家臣, 冯巧玲, 周汉昌, 王高, 程耀瑜, 薛忠晋, 赵辉 申请人:中北大学