上转换发光免疫层析分析仪及检测方法
【专利摘要】一种上转换发光免疫层析分析仪及检测方法，该分析仪包括光学系统、恒温系统、控制系统、试纸条和试纸条托架，本发明分析仪具有灵敏度高和稳定性好的特点，能快速、准确地进行生物免疫反应检测。
【专利说明】上转换发光免疫层析分析仪及检测方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明属于生物免疫检测领域，特别是一种上转换发光免疫层析分析仪及检测方 法。 【背景技术】
[0002] 上转换发光免疫层析分析仪是一种以上转换磷光材料为标记物的生物免疫检测 仪。长波长辐射通过特殊机制转换成短波长辐射称为上转换。具有上转换发光现象的材料 被称为上转换磷光材料（Up-Converting Phosphor简称UCP)，UCP材料通过吸收两个或多 个红外光子发出一个可见光子。将UCP材料制备成纳米级颗粒，并在其上标记生物分子，在 免疫层析过程中，标记有生物分子的UCP颗粒通过免疫反应而被固定在固相载体表面，且 在红外光激发下UCP颗粒发出可见磷光。通过对固相载体发出的磷光分布和强度的检测， 便可实现对所滴加的生物样品中目标被检物浓度的测量。
[0003] 在先技术中，上转换发光免疫层析分析仪所采用的技术方案，可参见中国科学院 上海光学精密机械研究所刘蕾等人在2005年10月14日申请的发明专利"上转换磷光免疫 层析试纸条检测系统"（申请号为200510030549. 6)。上转换发光免疫层析分析仪通常由照 明模块、成像模块、磷光图像接收器件、数据采集电路、控制系统组成。其中的照明模块包括 一激发光源，在该激发光源的输出光路上依次是光纤束、准直透镜、分色镜、前镜组。激发光 源是一半导体激光器，光纤束将激发光源发出的激发光分成有一定间距的两束光，以分别 照明试纸条上的检测带和质控带。其中的成像模块由共光轴的前镜组、分色镜、滤光片和后 镜组构成，图像接收器件为CCD，CCD的光敏面位于成像模块的像面上。其中的照明模块的 光路在分色镜之前部分与其中的成像模块的光轴垂直，而其中的照明模块的光路在分色镜 之后的部分与所述的成像模块共光轴。检测时，半导体激光器所发出的激发光经过光纤束 后分为有一定间距的两束光，经分色镜反射并通过前镜组对光斑大小调整后照射在试纸条 表面，两束激发光分别照明试纸条的检测带和质控带，激发出可见磷光。被激发出的可见磷 光依次透过分色镜和滤光片去噪后由后镜组成像在一维C⑶的光敏面上，从而使试纸条上 的磷光分布由CCD光敏面上的像素大小分布体现。CCD将光信号转换为电信号，送入数据米 集电路，采用求区域最大值法，求得两个有一定间隔的磷光强度峰值位置，分别取两峰值位 置周围50个点求平均，作为两个功能带发射的磷光强度值。
[0004] 上述在先技术的缺点是：
[0005] 1.两个照明光斑的强度差异降低了检测结果的准确性。采用光纤束将半导体激光 器所发出的激发光分为两束光分别照明试纸条的检测带和质控带，两束光的强度和均匀性 差异导致检测带和质控带上得到的照明条件不同，从而降低了检测结果的准确性。
[0006] 2.分色镜对磷光的吸收和反射降低了系统的检测灵敏度。照明模块与成像模块共 光路，照明光线被共光路镜组和试纸条表面所反射的光进入磷光图像接收器件，增加系统 的本底噪声，降低系统的信噪比。
[0007] 3.功能带定位不准，导致检测结果不准确。在对临床实际样本的检测过程中，试纸 条功能带的峰值呈无规则分布，一般不在功能带的中心，而且，功能带的形状和宽度不一， 因此，取峰值位置周围50个点求平均，作为功能带发射的磷光强度值会降低检测结果的准 确性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种上转换发光免疫层析分析 仪及检测方法，该分析仪具有灵敏度高和稳定性好的特点，能快速、准确地进行生物免疫反 应检测。
[0009] 本发明的技术解决方案如下：
[〇〇1〇] 一种上转换发光免疫层析分析仪，包括光学系统、恒温系统、控制系统、试纸条和 试纸条托架，其特点在于：
[〇〇11] 所述的光学系统包括照明模块、成像模块、磷光图像接收器件和罩壳，所述的照明 模块包括沿第一光轴的激发光源、聚焦镜组和匀光板，所述的第一光轴与所述的试纸条托 架的表面的夹角是45度，所述的激发光源发出的激光束经所述的聚焦镜组和匀光板同时 照射所述的试纸条表面的检测带和质控带，所述的成像模块包括在其第二光轴上依次的前 镜组、滤光片和后镜组，所述的试纸条表面的功能带发出的磷光依次通过所述的前镜组、滤 光片和后镜组成像在所述的磷光图像接收器件的光敏面上，所述的试纸条表面位于所述的 成像模块的物面上，所述的磷光图像接收器件的光敏面位于所述的成像模块的像面上，所 述的第二光轴与所述的试纸条托架表面垂直，所述的第二光轴与所述的第一光轴的夹角是 45度，所述的磷光图像接收器件和恒温系统与所述的控制系统相连。
[0012] 所述的磷光图像接收器件可以是C⑶摄像机、CMOS摄像机或者光电二极管阵列， 其将磷光信号转换成电信号送入所述的控制系统进行分析处理。
[0013] 所述的罩壳是一个金属壳体，其将所述的照明模块、所述的成像模块和所述的磷 光图像接收器件完全包裹在一个相对封闭的空间内，对外仅留有线缆出口。
[0014] 所述的恒温系统包括温度采集模块和帕尔贴元件，所述的温度采集模块位于所述 的罩壳内，主要测量所述的罩壳内的空间温度，所述的帕尔贴元件贴在所述的罩壳内表面 上，根据所述的温度采集模块测得的罩壳内空间温度来控制罩壳的温度，从而实现对所述 的光学系统的温度控制。
[0015] 所述的控制系统包括微处理器模块、存储器模块和矩阵键盘模块，所述的温度采 集模块的输入/输出接口与所述的微处理器模块的I/O 口相连，所述的帕尔贴元件的制冷 信号、制热信号与所述的微处理器模块的I/O 口相连。所述的磷光图像接收器件的信号输 出接口与所述的微处理器模块的I/O 口相连，所述的磷光图像接收器件的命令通信接口与 所述的微处理器的I/O 口相连。所述的存储器模块的片选信号、时钟信号、数据输入、数据 输出与所述的微处理器模块的I/O 口相连。所述的矩阵键盘模块的行信号和列信号与所述 的微处理器模块的I/O 口相连。
[0016] 工作时，将待测试纸条插入所述的试纸条托架内。所述的待测试纸条表面的检测 带和质控带的几何位置中心位于所述的照明模块光轴与所述的成像模块光轴的交点。所述 的试纸条托架表面与所述的标准试纸条表面平行，所述的试纸条托架长边与所述的标准试 纸条长边平行，所述的试纸条托架的长边和所述的照明模块光轴与所述的成像模块光轴构 成的平面垂直。
[0017] 与所述的待测试纸条不同的是，所述的标准试纸条仅有检测带。上转换发光免疫 层析分析仪现场校正时，将所述的标准试纸条插入所述的试纸条托架内。
[0018] 所述的带校正功能和温度控制功能的上转换发光免疫层析分析仪检测方法具有 以下特征：
[0019] 1.上转换发光免疫层析分析仪出厂标定。
[0020] 2.上转换发光免疫层析分析仪现场校正。
[0021] 3.上转换发光免疫层析分析仪检测待测试纸条。
[0022] 所述的上转换发光免疫层析分析仪出厂标定是指所述的控制系统启动所述的恒 温系统将所述的光学系统的温度调节为TempO,然后使用上转换发光免疫层析分析仪检测 所述的标准试纸条，检测结果存入所述的存储器模块作为现场校正的基准值。所述的上转 换发光免疫层析分析仪出厂标定步骤如下：
[0023] ⑥开机，按下所述的矩阵键盘模块的"标定"按键，进入上转换发光免疫层析分析 仪出厂标定界面；
[0024] ⑦设置上转换发光免疫层析分析仪的标准温度TempO、校正的基准值\和标定允 许偏差SD ;
[0025] ⑧所述的控制系统启动所述的恒温系统将所述的光学系统的温度调节为TempO ;
[0026] ⑨插入标准试纸条，使用上转换发光免疫层析分析仪检测所述的标准试纸条得到 检测带的值S B。
[0027] ⑩如果
【权利要求】
1. 一种上转换发光免疫层析分析仪，包括光学系统、恒温系统（7)、控制系统（8)、试纸 条（9)和试纸条托架（10)，其特征在于： 所述的光学系统包括照明模块、成像模块、磷光图像接收器件（6)和罩壳（11)，所述的 照明模块包括沿第一光轴（01)的激发光源（1)、聚焦镜组（2)和匀光板（12)，所述的第一 光轴（01)与所述的试纸条托架（10)表面的夹角是45度，所述的激发光源1发出的激光束 经所述的聚焦镜组（2)和匀光板（12)同时照射所述的试纸条（9)表面的检测带和质控带， 所述的成像模块包括在其第二光轴（02)上依次的前镜组（3)、滤光片（4)和后镜组（5)，所 述的试纸条（9)表面的功能带发出的磷光依次通过所述的前镜组（3)、滤光片（4)和后镜 组（5)成像在所述的磷光图像接收器件￠)的光敏面上，所述的试纸条（9)表面位于所述 的成像模块的物面上，所述的磷光图像接收器件（6)的光敏面位于所述的成像模块的像面 上，所述的第二光轴（02)与所述的试纸条托架（10)表面垂直，所述的第二光轴（02)与所 述的第一光轴（01)的夹角是45度，所述的控制系统（8)与所述的磷光图像接收器件（6) 和恒温系统（7)相连。
2. 根据权利要求1所述的上转换发光免疫层析分析仪，其特征在于所述的磷光图像接 收器件（6)是CCD摄像机、CMOS摄像机或者光电二极管阵列。
3. 根据权利要求1所述的上转换发光免疫层析分析仪，其特征在于所述的罩壳（11)是 一个金属壳体，将所述的照明模块、所述的成像模块和所述的磷光图像接收器件完全包裹 在一个相对封闭的空间内，对外仅留有线缆出口。
4. 根据权利要求1所述的上转换发光免疫层析分析仪，其特征在于所述的恒温系统 (7)包括温度采集模块和帕尔贴元件，所述的温度采集模块位于所述的罩壳（11)内，测量 所述的罩壳（11)内的空间温度，所述的帕尔贴元件贴在所述的罩壳（11)的内表面上。
5. 权利要求1所述的上转换发光免疫层析分析仪的检测方法，其特征在于包括下列步 骤： 1) 出厂标定； 2) 现场校正； 3) 检测待测试纸条。
6. 根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于所述的出厂标定的步骤如下： ① 开机，按下所述的矩阵键盘模块的"标定"按键，进入上转换发光免疫层析分析仪出 厂标定界面； ② 设置上转换发光免疫层析分析仪的标准温度TempO、校正的基准值\和标定允许偏 差SD ; ③ 所述的控制系统启动所述的恒温系统将所述的光学系统的温度调节为TempO ; ④ 插入标准试纸条，检测所述的标准试纸条得到检测带的值SB ; ⑤ 如果I&-S」>SD，调节磷光图像接收器件的增益系数&，并回到步骤④继续检测； 如果| Sfl |彡SD，则将TempO、SB和GB存入所述的存储器模块，上转换发光免疫层析分析 仪出厂标定完成。
7. 根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于所述的现场校正步骤如下： ①开机，上转换发光免疫层析分析仪预热，使所述的光学系统的温度达到出厂标定的 标准温度TempO,系统就绪； ② 插入标准试纸条，按下所述的矩阵键盘模块的"校正"按键，进入上转换发光免疫层 析分析仪现场校正界面； ③ 所述的控制系统从所述的存储器模块中读取上转换发光免疫层析分析仪的出厂标 定值SB、标定增益系数G B和标定允许偏差SD ; ④ 所述的控制系统启动所述的磷光图像接收器件对所述的标准试纸条的磷光图像进 行米集； ⑤ 所述的控制系统采用图像边缘提取算法提取所述的标准试纸条的检测带区域； ⑥ 对所述的检测带区域内信号进行积分得到ST，将ST与SB进行比较，根据比较结果对 所述的磷光图像接收器件的增益系数G T进行调节，将上转换发光免疫层析分析仪校正到所 述的标定允许偏差SD范围内。
8.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于所述的检测待测试纸条的步骤如下： ① 开机，上转换发光免疫层析分析仪预热，使所述的光学系统的温度达到出厂标定的 标准温度TempO,系统就绪； ② 插入待测试纸条，按下所述的矩阵键盘模块的"检测"按键，进入上转换发光免疫层 析分析仪检测待测试纸条界面； ③ 所述的控制系统启动所述的磷光图像接收器件对所述的待测试纸条的磷光图像进 行米集； ④ 所述的控制系统采用图像边缘提取算法提取所述的待测试纸条的检测带和质控带 区域； ⑤ 分别对所述的检测带和质控带区域内信号进行积分得到sT和根据公式λ = t 得到检测结果，将结果存入所述的存储器模块； ⑥ 至此，上转换发光免疫层析分析仪检测待测试纸条完成，上转换发光免疫层析分析 仪处于系统就绪状态，可以进行后续工作。
【文档编号】G01N33/558GK104111330SQ201410345156
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】凌丽青, 郭凯, 黄立华, 谢承科, 何国俊, 廖小情, 屈建峰, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所