时间分辨荧光分析系统及检测装置的制作方法

本发明涉及荧光标记样品检测技术领域，特别涉及一种时间分辨荧光分析系统及应用该时间分辨荧光分析系统的检测装置。

背景技术：

时间分辨荧光免疫层析技术是一种非同位素免疫分析技术，它用镧系元素标记抗原或抗体，根据镧系元素螯合物的发光特点，用时间分辨技术测量荧光，同时检测波长和时间两个参数进行信号分辨，可有效地排除非特异荧光的干扰，极大地提高了分析灵敏度，因此得到了广泛的应用。

现有时间分辨荧光免疫层析分析仪为获得较大的Stokes(斯托克斯位移，即相同电子跃迁在吸收光谱和发射光谱最强波长间的差值)位移，通常采用稀土金属，例如铕(Eu³⁺)离子来进行荧光标记，且荧光检测方法都是在荧光材料后加入固定的光学系统用于准直和聚焦，最后进入光电传感器。然而在利用时间分辨荧光免疫层析分析仪检测过程中，检测到的荧光微球量较少时，无法得到完整的荧光检测曲线，导致检测结果准确度差。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种时间分辨荧光分析系统，旨在解决现有技术在利用时间分辨荧光免疫层析分析仪检测过程中，检测到的荧光微球量较少时，无法得到完整的荧光检测曲线，导致检测结果准确度差的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种时间分辨荧光分析系统，包括导轨、第一电机、光学检测单元、光源、上位机单元及控制单元；所述第一电机、光学检测单元、上位机单元及光源均与所述控制单元电连接；其中，

所述导轨，用于放置试剂条并在所述第一电机驱动下将试剂条运载至所述光学检测模块进行扫描检测；

所述控制单元，用于控制所述光源开启对所述试剂条进行照射；在第一预设时间后关断光源并开启光学检测单元对试剂条发出的荧光进行检测并转换成的电信号输出至控制单元进行处理；在第二预设时间后关闭光学检测单元并控制所述第一电机转动一个步长；重复上述步骤直至试剂条被扫描检测完毕；

所述上位机单元，用于接收扫描数据，在信号微弱时，从扫描数据提取开始时间段数据，根据开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。

优选地，所述光学检测单元包括光电传感器；所述光电传感器与所述控制单元连接；所述上位机单元根据光电传感器采集的数据生成横坐标为时间、纵坐标为光强的曲线。

优选地，所述上位机单元，用于在接收到扫描数据后，判断检测到的微量球数量的值是否小于预设阈值，在所述微量球数量小于预设阈值后，从扫描数据提取开始时间段数据，通过开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。

优选地，所述控制单元，用于对试剂条的光学敏感区扫描得到的数据处理得到荧光微量球的表征曲线作为扫描数据，将所述扫描数据发送至上位机单元。

优选地，所述时间分辨荧光分析系统还包括窄带滤光片和衰减片；所述窄带滤光片和衰减片均设置于荧光检测通道中；在信号过强时，控制插入所述衰减片，所述试剂条发出的荧光通过所述窄带滤光片及所述衰减片后，被所述光电传感器检测到。

优选地，所述时间分辨荧光分析系统还包括第二电机，所述第二电机与所述衰减片通过齿轮齿合连接；所述控制单元控制所述第二电机步长和转向，带动所述衰减片转动插入对所述试剂条发出的荧光强度进行衰减。

优选地，所述控制单元包括单片机、第一驱动电路、第二驱动电路、模数转换器、光源驱动电路及滤波电路；所述单片机分别与所述第一驱动电路、第二驱动电路、光源驱动电路、所述模数转换器及所述上位机电连接；所述滤波电路的一端与所述模数转换器连接，另一端所述光电传感器连接；所述第一电机与所述第一驱动电路连接；所述第二电机与所述第二驱动电路连接；所述光源与所述光源驱动电路连接。

优选地，所述光源采用LED灯。

优选地，所述第一电机及所述第二电机均采用步进电机。

本发明还提出一种检测装置，所述检测装置包括如上所述的时间分辨荧光分析系统，所述时间分辨荧光分析系统包括导轨、第一电机、光学检测单元、光源、上位机单元及控制单元；所述第一电机、光学检测单元、上位机单元及光源均与所述控制单元电连接；其中，

所述导轨，用于放置试剂条并在所述第一电机驱动下将试剂条运载至所述光学检测模块进行扫描检测；

所述控制单元，用于控制所述光源开启对所述试剂条进行照射；在第一预设时间后关断光源并开启光学检测单元对试剂条发出的荧光进行检测并转换成的电信号输出至控制单元进行处理；在第二预设时间后关闭光学检测单元并控制所述第一电机转动一个步长；重复上述步骤直至试剂条被扫描检测完毕；

所述上位机单元，用于接收扫描数据，在信号微弱时，从扫描数据提取开始时间段数据，根据开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。

本发明通过在微弱信号时，只获取开始时间段的扫描数据，根据开始时间段扫描数据计算后续阶段的数据，从而得到完整的数据，提高了整个试纸条采集的光强信号的完整性和精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明时间分辨荧光分析系统一实施例的功能模块图；

图2为本发明一实施例中荧光信号曲线示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，如在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种时间分辨荧光分析系统。

参照图1，在本发明实施例中，该时间分辨荧光分析系统，包括导轨100、第一电机200、光学检测单元300、光源400、控制单元500及上位机单元700；所述第一电机200、光学检测单元300、光源400及上位机单元700均与所述控制单元500电连接。

其中，所述导轨100用于放置试剂条600并在所述第一电机200驱动下将试剂条600运载至所述光学检测单元300进行扫描检测；所述控制单元500用于控制所述光源400开启对所述试剂条600进行照射；在第一预设时间后关断光源400并开启光学检测单元300，对试剂条600发出的荧光进行检测并转换成电信号输出至控制单元500进行处理；在第二预设时间后关闭光学检测单元300并控制所述第一电机200转动一个步长；重复上述步骤直至试剂条600被扫描检测完毕；所述上位机单元700，用于接收扫描数据，在信号微弱时，从扫描数据提取开始时间段数据，根据开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。。

需要说明的是，在进行样品检测时，将试剂条600放置于导轨100上，通过第一电机200驱动，将试剂条600运载至所述光学检测单元300中；此时控制单元500控制光源400开启，对所述试剂条600进行照射，维持第一预设时间段后，此时立刻启动光学检测单元300检测试剂条上标记物产生的荧光强度。在没有光源400的光作为背景的情况下，检测得到的荧光就是本征的荧光信号，消除了光源400的影响，从而提高了信噪比。

由于光源400熄灭后，试剂条600上产生的荧光维持时间有限。本实施例中标记物采用铕离子，铕元素被激发后产生荧光时间大约1毫秒，因此荧光采集时间不能超过荧光持续时间。在一个周期荧光采集完成后控制单元500控制导轨100移动一个步长距离，并重复激发试剂条600上的荧光材料及采集荧光信号过程，直到试纸条600上的光学敏感区域扫描完毕，所述控制单元500对试剂条的光学敏感区扫描得到的数据处理得到荧光微量球的表征曲线作为扫描数据，将所述扫描数据发送至上位机单元。

本实施例中，上位机700基于ARM平台和Android平台。上位机单元700接收扫描数据，在信号微弱时，从扫描数据提取开始时间段数据，根据开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。

具体地，所述光学检测单元300包括光电传感器(图中未示出)；所述光电传感器与所述控制单元500电连接；所述上位机700根据光电传感器采集的数据生成横坐标为时间、纵坐标为光强的曲线。

基于ARM平台和安卓平台的上位机700用于实现与用户交互，处理下位机(即控制单元500)采集到的荧光信号，并转化为定量检测结果，在显示屏上直观的显示出结果。

具体地，所述上位机单元700，用于在接收到扫描数据后，判断检测到的微量球数量的值是否小于预设阈值，在所述微量球数量小于预设阈值后，从扫描数据提取开始时间段数据，通过开始时间段数据计算测试时间段的荧光衰减曲线。参考图2，在铕离子被激发后，激发光源LED关闭，由于铕离子处于激发态的半衰期是固定的，随着时间流逝，荧光量会慢慢衰减。衰减曲线方程为从图中可以看到，当电路噪声程度固定的情况下，在高强度的荧光量I₁衰减过程中进行采集数据，得到的数据几乎比较完整，并且能真是反映信号。当在低光强的荧光量I₂衰减过程中有很大一部分信号被噪声淹没，因此造成信号失真而影响测量的真实性，影响系统的精度。在信号衰减的半衰期固定的情况下，t₀到t₁时间曲线积分面积与t₁到t₂时间曲线积分面积的比值是固定的。因此当信号比较弱时，t₀到t₁时间部分信号比较大没有被噪声淹没，而t₁到t₂时间部分信号比较小被淹没可以利用t₀到t₁时间部分信号还原t₁到t₂时间部分信号，从而保证信号的完整性。从而保证整个试纸条采集的光强信号的完整性和精确性。

本实施例通过在微弱信号时，只获取开始时间段的扫描数据，根据开始时间段扫描数据计算后续阶段的数据，从而得到完整的数据，提高了整个试纸条采集的光强信号的完整性和精确性。

进一步地，所述时间分辨荧光分析系统还包括衰减片(图中未示出)；所述光学检测单元300形成有荧光检测通道，所述衰减片设置于荧光检测通道中。

当入射荧光较强，超过光电传感器的检测范围时，控制插入所述衰减片，需要通过衰减片对荧光进行衰减消耗，满足光电传感器的输入要求，使得荧光信号不失真，提高荧光信号的完整性。本实施例中。衰减片采用衰减系数为0.8的衰减片。

进一步地，所述时间分辨荧光分析系统还包括窄带滤光片(图中未示出)；所述窄带滤光片设置于所述荧光检测通道中；所述试剂条600发出的荧光通过所述窄带滤光片及所述衰减片后，被所述光电传感器检测到。

需要说明的是，窄带滤波片将噪声滤去，只允许荧光通过，提高采集信号的精度，从而提高了测量精度。

进一步地，所述时间分辨荧光分析系统还包括第二电机800，所述第二电机800与所述衰减片通过齿轮齿合连接；所述控制单元500控制所述第二电机800步长和转向，带动衰减片转动插入对所述试剂条600发出的荧光强度进行衰减。

需要说明的是，为了扩展测量范围，本发明采用了自动调节衰减片的方法。当被测量荧光超过光电传感器的的检测范围，第二电机800将启动的衰减片移动到荧光检测通道中，对入射荧光进行衰减，以满足光电传感器的量程。

具体地，所述控制单元500包括单片机510、第一驱动电路520、第二驱动电路530、模数转换器550、滤波电路560及光源驱动电路540；所述单片机510分别与所述第一驱动电路520、所述第二驱动电路530、所述模数转换器550、所述光源驱动电路540及所述上位机700电连接；所述滤波电路560的一端与所述模数转换器550连接，另一端与所述光电传感器连接；所述第一电机200与所述第一驱动电路520连接；所述第二电机800与所述第二驱动电路530连接。

其中，第一驱动电路520、第二驱动电路530及光源驱动电路540用于对单片机510输出的控制信号进行放大，以分别驱动第一电机200、第二电机800及光源400工作。

光电传感器将采集的荧光信号转换成电信号后，经滤波电路560进行滤波，以排除干扰信号；然后再通过模数转换器560经模拟信号转换成数字信号并输入至单片机510进行处理。

本实施例中，所述光源400采用LED灯实现。所述第一电机200及所述第二电机800均采用步进电机实现。

本发明技术方案不需要进行准直聚焦的光学系统，结构简单成本较低；同时采用衰减片自动调节荧光强度，扩展了时间分辨荧光分析系统的测量范围。

本发明还提出一种检测装置，该检测装置包括时间分辨荧光分析系统，该时间分辨荧光分析系统的具体结构参照上述实施例，由于本检测装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。