一種金標試條的檢測暗室及其應用方法

2023-06-04 12:04:46 3

專利名稱：一種金標試條的檢測暗室及其應用方法
技術領域：
本發明涉及一種金標試條的檢測暗室及其應用方法。
背景技術：
目前用於疾病快速檢測的試條研究進展較快，其檢測手段方便、快捷、準確。尤其 隨著中國人膳食結構的改變，生活方式的改變以及社會壓力的加大，肥胖、糖尿病和高血壓 的增多，癌症的發病率也在逐年攀升。同時許多與癌症相關的腫瘤標誌物陸續被人們發現， 因此，這種用於定性檢測的試條也相繼被研製出來，但其存在著幾個明顯的缺點1、只能定性檢測，不能定量檢測。試條上測試線的顏色深淺反映了抗原濃度的高 低。但目視者一般只能根據顏色判斷腫瘤標誌物的有無，不能判斷它的濃度。2、檢測結果缺乏客觀性。由於目視者對顏色的判斷是主觀的，該判斷力受經驗和 環境的影響很大，對同一試條的判斷缺乏重複性。所以如何研究出一種能準確的定量檢測試條上特異性抗原濃度，進而為病情作出 參考的方法或裝置是目前需要突破的瓶頸。

發明內容
本發明的目的在於實現特異性抗原濃度的準確檢測，克服上述在先技術的諸多問 題，因此提供了一種金標試條的檢測暗室及應用方法，使用該檢測暗室可以準確檢測點在 金標試條上的特異性抗原濃度。該檢測暗室具有檢測靈敏度高，檢測結果客觀準確，使用靈 活等優點，特別適用於血清腫瘤標誌物的相關定量檢測。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種金標試條的檢測暗室，包括由遮光板所製成的封閉的遮光盒、發光二極體、光 電二極體，所述的遮光盒的一側壁上開有用於插入試條的側壁開口，所述的遮光盒內有多 個與遮光盒開有側壁開口的側壁平行設置的且大小相同的遮光隔板，所述的遮光隔板將遮 光盒內部分隔成相互獨立的隔間，所述的遮光隔板均開有遮光隔板開口，且遮光隔板開口 的位置與側壁開口的位置相對應，以使試條能水平插入遮光盒，所述的發光二極體和光電 二極體在遮光盒內部的各個隔間內各安裝有一個。所述的遮光隔板為四個，並將遮光盒內部分隔成五個相互獨立的隔間，在處於遮 光盒中間的三個隔間內均各安裝有一個發光二極體和光電二極體。所述的處於遮光盒中間的三個隔間長度以試條插入方向為順序依次與金標試條 的C線區、T線區和空白區的長度對應。所述的遮光盒與遮光隔板是由黑色PVC材料製成。所述的側壁開口和遮光隔板開口上均設有用於阻擋光線的黑色呢絨絲。所述的發光二極體和光電二極體分別安裝於遮光盒的底部。根據需檢測的金標試條上膠體金顆粒的粒徑分布確定其吸收光譜範圍，進而選擇 工作在該光譜範圍的發光二極體和光電二極體。
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如金標試條上膠體金顆粒粒徑範圍為24. 5nm-71. 5nm時，檢測暗室中發光二極體 型號為19-217/GHC-RS/3T，其發射光譜範圍為500nm_550nm，波峰為523nm，所述的光電二 極管型號為CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰為550nm，在520nm處的光靈敏度為0. 18A/ I上述的金標試條的檢測暗室可應用於金標試條上的特異性抗原的濃度檢測。本發明的技術效果在於1、能實現特異性抗原濃度的定量檢測。本發明根據特定粒徑納米金粒子對特定波 長光的吸收特性對特異性抗原金標免疫試條進行檢測，能準確檢測出點在試條上的特異性 抗原濃度。2、檢測動態範圍大。由於採用特定波長的發光二極體照射試條，同時採用特定波 長的光電二極體接收反射光，提高了檢測靈敏度和信噪比，如實施例中，以血清PSA濃度 計，其檢測動態範圍為5ng/ml-50ng/ml。3、檢測結果客觀，減少了人工幹預。使用本發明提供的檢測暗室加上必要的處理 電路判斷特異性抗原金標免疫試條上的測試線和控制線顏色的深淺，減少了人工幹預，檢 測結果客觀，操作方便，檢測效率高。下面結合附圖對本發明作進一步說明。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的內部結構示意圖；其中，1為側壁開口，2為遮光隔板，3為遮光隔板開口，4為光電二極體，5為發光二
極管；圖3為實施例1的一種前列腺特異性抗原PSA金標免疫試條檢測暗室的標定數據 分布圖。圖中A為PSA濃度在0. 5ng/ml-100ng/ml時的檢測暗室標定數據分布圖；圖中B為PSA濃度在0. 5ng/ml-5ng/ml時的檢測暗室標定數據分布圖；圖中C為PSA濃度在5ng/ml-50ng/ml時的檢測暗室標定數據分布圖；圖中D為PSA濃度在50ng/ml-100ng/ml時的檢測暗室標定數據分布圖；圖4為本發明光電信號轉換及信號處理硬體系統框圖；圖5本發明數據處理的標定算法和檢測算法流程圖。圖中A為本發明數據處理的標定算法流程圖；圖中B為本發明數據處理的檢測算法流程圖。
具體實施例方式下面結合實施方式對本發明作進一步說明，而非限制本發明。本發明的檢測暗室 由黑色PVC材料製成，整個暗室是一個12mmX12mmX64mm的長方體遮光盒，內設四個與側 壁相同大小的遮光隔板2，共有五個隔間，每個隔間的尺寸均為12mmX12mmX12mm。遮光盒 的一側壁上開有一個IOmmX ImmX Imm用於插入試條的側壁開口 1。暗室內的四個遮光隔板 在相同的位置也有這樣的開口。且遮光隔板開口 3的位置與側壁開口 1的位置相對應，以
4使試條能水平插入遮光盒，五個隔間只有中間三個是供檢測用的，頭尾兩個是隔離室，其目 的是更好的隔離外界的自然光和燈光。側壁開口 1和中間的四個遮光隔板開口 3處都用黑色呢絨絲密封，只能允許試條 插入，這樣可以更好地隔離三個檢測室內光源的相互幹擾並防止外界光源進入檢測暗室。在三個檢測室的底部各裝有一隻發光二極體4 (LED)和一隻光電二極體5 (PD)。當 插入試條後，試條遮蓋了檢測暗室的頂部，發光二極體發射的光照射到試條上，部分光被納 米金顆粒吸收，其餘的光反射到光電二極體上，形成光電流。光電流的大小反映了試條上顏 色的深淺，即特異性抗原濃度的高低。由於膠體金顆粒的吸收光譜範圍是其粒徑決定的，所以應該根據標記所用的膠體 金的粒徑分布確定其吸收光譜範圍，進而選擇工作在該光譜範圍的發光二極體和光電二極 管，以得到最佳靈敏度和解析度。確定了發光二極體和光電二極體的光譜範圍後，就能選擇 到合適的器件。表1是一些膠體金顆粒的粒徑和其光譜吸收峰的關係。表1膠體金顆粒的粒徑和其光譜吸收峰λ max的關係 實施例1 用前列腺特異性抗原PSA金標試條檢測PSA的濃度，該金標試條為雙抗體夾心法 製備的試條，試條膠體金顆粒的粒徑範圍為24. 5nm-71. 5nm，採用的特定波長發光二極體型 號為19-217/GHC-RS/3T，其發射光譜範圍為500nm_550nm，波峰為523nm。採用的特定波長 光電二極體型號為CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰為550nm，且在520nm處的光靈敏度 達到 0. 18A/W。 加裝在檢測暗室內的光電二極體輸出的電流信號需要經過一系列處理方能得到 PSA濃度。如圖4所示，所需要的檢測硬體除了本發明所述的檢測暗室外，還包括電流-電 壓轉換模塊、濾波放大模塊、系統電源模塊、單片機(MPU)、鍵盤輸入和液晶顯示模塊。使用 恆流源為發光二極體提供穩定的恆流偏置，發光二極體發射特定波長的光照射在金標試條 上，部分光被試條上的納米金吸收，另一部分反射光被光電二極體接收，其輸出的電流信號 由電流_電壓轉換模塊轉換成電壓信號，該電壓信號經濾波放大後進入單片機完成A/D轉 換。單片機完成數據處理、數據分析和數據存儲等工作，並將檢測結果顯示在液晶片上，同時將數據記錄入FlashROM中進行存儲，並可根據需要來從FlashROM中重新讀取數據來查看。各主要電路模塊的晶片型號和參數如下恆流源恆流源晶片MAX1570，其輸入電壓3.3V，反饋電阻50ΚΩ，其負載為3隻 LED,每隻LED的前向電流為1. 8mA。LED 型號為 19-217/GHC-RS/3T，其發射光譜範圍為 500nm-550nm，波峰為 523nm。光電二極體型號為CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰為550nm，且在520nm處的 光靈敏度達到0. 18A/W。多通道選擇模塊晶片型號為MAX4734。電流-電壓轉換模塊運放型號MAX4164ESD，反饋電阻22ΜΩ，反饋電容3pF，電路 工作在光伏模式。濾波放大模塊運放型號為MAX4164ESD，50Hz處的衰減達到_70dB以上，0. IHz處 的衰減在-0. 3dB以下，通帶放大倍數為1。電源電路晶片型號為SPX1117-3. 3。中央處理器單片機型號為MSP430TO437。液晶片型號為通用段式液晶片，64段。檢測方法根據比色法的基本原理，採用光電檢測技術使用特定波長的單色光照射未點樣的 金標試條，部分光被試條吸收，再用特定波長的光電二極體檢測反射光的強度，光電二極體 的輸出電流經電流-電壓轉換電路、濾波放大電路後進入單片機進行A/D轉換，並將轉換結 果Xl存儲起來；然後用同樣的方法檢測點樣後的金標試條，得到A/D轉換結果X2，計算轉 換結果的差值X = X1_X2，X的值正比於被納米金吸收的光。最後採用線性擬合方法可以確 定被納米金吸收的光和血清腫瘤標誌物濃度的關係，這樣就能通過光電檢測的差值X計算 出腫瘤標誌物的濃度。根據上述原理設計出的儀器標定和檢測算法流程圖分別如圖5A和5B所示。在儀 器標定時，首先使用未點樣的試條進行數據採集(50個數據點)，然後求出平均值s，然後使 用20種不同濃度的標準液點樣，並採用同樣的方法獲得20組平均值數據，記為樣本向量A， 求A-s，得向量B，最後對B中的20組數據作線性擬合，即可得到濃度與吸光度的關係c = ax+b，其中c為濃度，χ為吸光度的表徵值，a和b為線性擬合得到的參數。在檢測時，首先插入點樣的試條並採集數據，接著進行數據校正，然後求出平均值 t，並計算t-S，記為X，最後計算濃度c = ax+b，其中c為濃度，χ為吸光度的表徵值，a和b 為儀器標定時線性擬合得到的參數。根據圖5所示的原理，具體標定過程和檢測過程如下採用濃度範圍為0. 5ng/ml-100ng/ml的PSA標準液標定儀器，標定在實驗室進行， 環境溫度20°C，環境溼度72%，儀器採用電源適配器供電。標定時，先檢測未點樣試條的背 景值，然後點上標準液，待反應完全後放入乾燥箱乾燥，再分別檢測T線值和C線值。標定 數據如表2所示，其中背景值、T線值和C線值均為單片機A/D轉換後的結果，為了不損失 精度，未將A/D轉換結果換算為濾波後的電壓值。T線吸收值為背景值與T線值的差，C線 吸收值為背景值與C線值的差，T/C值為T線吸收值與C線吸收值的比值。
表2儀器標定數據表 標定時一共採集了 20組數據，採用OriginProS分析標定數據，以PSA濃度為橫坐 標，T/C值為縱坐標作圖，如圖3-A所示。可以看出PSA濃度和T/C比值近似線性關係，但是 在濃度較低時和濃度較高時T/C比值隨PSA濃度的升高變化不大，故採用分段線性擬合方 法對標定數據進行處理。首先擬合濃度為0. 5ng/ml-3ng/ml的數據，擬合直線如圖3-B所 示，0riginPro8給出的直線斜率為0. 00205，標準差為5. 43431E-4，直線截距為0. 14924，標 準差為0. 00103，相關係數R2為0. 8153，這表明在低濃度時，PSA濃度和T/C比值的線性相關 性較差，應採集更多的樣本點並作非線性擬合。其次擬合濃度為5ng/ml-50ng/ml的數據， 擬合直線如圖3-C所示，0riginPro8給出的直線斜率為0. 00871，標準差為7. 85309E-4，直 線截距為0. 13501，標準差為0. 01968，相關係數R2為0. 92427，這表明在濃度適中時，PSA濃 度和T/C比值的線性相關性較好，可以通過T/C比值測定PSA濃度。最後擬合濃度為50ng/ ml-100ng/ml的數據，擬合直線如圖3-D所示，0riginPro8給出的直線斜率為0. 00169，標 準差為2. 41817E-4，直線截距為0. 55466，標準差為0. 01965，相關係數R2為0. 92276，這表 明在高濃度時，PSA濃度和T/C比值的線性相關性較好，但由於直線斜率太小，通過T/C比 值測定PSA濃度時的誤差可能較大。綜上所述，可以得到T/C比值和PSA濃度的函數表達式，即y = 0. 00205x+0. 14924(0. 1494 ^ y ^ 0. 1248) (5-1)y = 0. 00871x+0. 13501 (0. 1548 < y ^ 0. 5246) (5-2)y = 0. 00169x+0. 55466 (0. 5246 < y ^ 0. 7195) (5-3)
其中χ為PSA濃度(ng/ml)，y為T/C比值。在與標定相同的環境下，用另外21種濃度在5ng/ml-50ng/ml範圍內的PSA做了 檢測實驗，實驗過程與標定時相同，得到實驗數據如下表3所示。表3檢測實驗數據表 上表中的背景值、T線值和C線值均為單片機A/D轉換後的結果，為了不損失精度， 未將A/D轉換結果換算為濾波後的電壓值。T線吸收值為背景值與T線值的差，C線吸收值 為背景值與C線值的差，T/C值為T線吸收值與C線吸收值的比值。PSA濃度檢測值是通過 式(5-2)計算得出，相對誤差是根據PSA檢測值和PSA真實值計算得出。可以看出在濃度為5ng/ml-50ng/ml時，檢測結果較好，相對誤差在 2. 26% -5. 33%之間。從這21組檢測數據可以看出在濃度為5ng/ml-50ng/ml範圍內，檢測 結果較準確，這與儀器標定時計算出的相關係數是吻合的。綜上所述，在PSA濃度為5ng/ ml-50ng/ml的範圍內，使用所述的本發明的檢測暗室具有檢測靈敏度高，檢測結果客觀準 確，使用靈活等優點。
權利要求
一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，包括由遮光板所製成的封閉的遮光盒、發光二極體、光電二極體，所述的遮光盒的一側壁上開有用於插入試條的側壁開口，所述的遮光盒內有多個與遮光盒開有側壁開口的側壁平行設置的且大小相同的遮光隔板，所述的遮光隔板將遮光盒內部分隔成相互獨立的隔間，所述的遮光隔板均開有遮光隔板開口，且遮光隔板開口的位置與側壁開口的位置相對應，以使試條能水平插入遮光盒，所述的發光二極體和光電二極體在遮光盒內部的各個隔間內各安裝有一個。
2.根據權利要求1所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的遮光隔板為 四個，並將遮光盒內部分隔成五個相互獨立的隔間，在處於遮光盒中間的三個隔間內均各 安裝有一個發光二極體和光電二極體。
3.根據權利要求2所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的處於遮光盒 中間的三個隔間長度以金標試條插入方向為順序依次與金標試條的C線區、T線區和空白 區的長度對應。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的遮光 盒與遮光隔板是由黑色PVC材料製成。
5.根據權利要求1或2或3所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的側壁 開口和遮光隔板開口上均設有用於阻擋光線的黑色呢絨絲。
6.根據權利要求1或2或3所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的發光 二極體和光電二極體分別安裝於遮光盒的底部。
7.根據權利要求6所述的一種金標試條的檢測暗室，其特徵在於，所述的金標試條 上膠體金顆粒的粒徑範圍為24. 5nm-71. 5nm時，檢測暗室中發光二極體型號為19-217/ GHC-RS/3T，其發射光譜範圍為500nm-550nm，波峰為523nm，所述的光電二極體型號為 CLS12-22C/L213G/TR8，其敏感波峰為550nm，在520nm處的光靈敏度為0. 18A/W。
8.權利要求1或2或3所述的金標試條的檢測暗室應用於金標試條上的特異性抗原的 濃度檢測。
全文摘要
本發明提供了一種金標試條的檢測暗室及其應用方法，其包括由遮光板所製成的封閉的遮光盒、發光二極體、光電二極體，遮光盒的一側壁上開有用於插入試條的側壁開口，遮光盒內有多個與遮光盒開有側壁開口的側壁平行設置的且大小相同的遮光隔板，遮光隔板將遮光盒內部分隔成相互獨立的隔間，遮光隔板均開有遮光隔板開口，且遮光隔板開口的位置與側壁開口的位置相對應，以使試條能水平插入遮光盒，發光二極體和光電二極體安裝於遮光盒底部。根據需檢測的金標試條上膠體金顆粒的粒徑分布確定其吸收光譜範圍，進而選擇工作在該光譜範圍的發光二極體和光電二極體。使用該檢測暗室可以準確檢測點在金標試條上的抗原濃度，檢測靈敏度高，結果客觀準確，使用靈活。
文檔編號G01N33/52GK101915839SQ20101025235
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者方成, 朱健銘, 陳真誠 申請人:中南大學