高通量多用途液體樣品快速光電分析儀的製作方法
2023-06-27 03:10:21 1
專利名稱：高通量多用途液體樣品快速光電分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分析檢測儀，特別是涉及一種高通量多用途液體樣品快速光電分析儀。
背景技術：
分析檢測儀是一種涉及醫療、化學、物理和生物等領域的固體、液體、氣體的樣品檢測儀器。而目前的測試方法和檢測與測試裝置在識別性、可靠性、精確性、靈敏性等方面遠遠不能滿足高通量多用途液體樣品的快速分析檢測；其中，傳統試紙是在紙質基底上塗覆一種化學反應試劑，當需要時也同時塗覆一種顯色劑。當樣品液體中的分析目標成分存在並且達到一定含量以上時，該目標成分與化學試劑反應，反應的結果產物通過顯色劑顯色，以實現該目標成分的定性與半定量檢測。因此試紙分析的辦法具有簡單、快速、方便的優點。但也有一些缺點。如不能進行定量分析，當樣品中有與目標成分性質相似的其它成分存在時，結果會受到幹擾甚至完全錯誤，必須事先進行分離等等。公開號為CN1685226的發明專利申請公開了一種高解析度的顆粒區分處理和分離檢測系統，該系統可包括解析度增強的流式細胞儀。在一個實施方案中，該發明可包括至少一個流體源導管，其可將流體源流以一定角度導入解析度增強的噴嘴中，所述角度可通過細胞傳感系統使顆粒的解析度增強；但其存在檢測靈敏度較低、儀器體積龐大、操作複雜、價格昂貴、樣品與試劑用量較大等不足。公開號為CN1330151的發明專利申請公開一種基於微流控技術的流式細胞儀，由底座、機箱、微流控晶片、光學檢測單元、流體輸入輸出接口、微位移調節平臺、信號處理箱、 連接電纜、控制主機等組成。底座同定在機箱上，微位移平臺固定在底座上，微流控晶片固定在微位移平臺上，流體輸入輸出接口通過平臺與微流控晶片相連接，光學檢測單元位於微流控晶片的上方，通過調節相對位置完成光學檢測，同時晶片上的分選單元完成分選工作；但其存在檢測可靠性較低、、操作複雜、測試領域範圍較小等不足。此外，現代儀器分析辦法，通過各種精密分析檢測技術的綜合運用，已經能夠實現對這些生物來源的樣品的精密分離和高度準確的檢測。例如，應用各種物理和化學分析分離技術、精密化學分析技術、氣相色譜和高效液相色譜分析、各種現代精密檢測器、質譜和光譜技術，通常能夠實現對各種生物樣品中各種化學物質含量、病毒病菌含量、以及其它各種生理成分的含量進行準確的檢測。上述綜合運用現代分析手段實現分析檢測的方法，具有精確、可靠的優點。但當分析一個複雜樣品時，需要動用多名技術人員、運用一個或數個大型實驗室才能具有的多種技術手段、花費很長時間才能完成檢測任務。有時在特定的情況下，需要快速完成一項生物來源樣品的檢測時，現代分析手段會力不從心。例如，海關檢疫、急性病診斷、流行性傳染病爆發、環境汙染事件或食品安全事件發生的情況下，需要快速檢測，以便迅速做出相應的決定、診斷和治療。甚至在醫學和生物學研究中，儘管每一個樣品的檢測似乎不那麼緊迫，但當同時有大量的樣品需要研究時，能夠快速實現樣品分析和檢測也成了完成研究任務的必要條件之一。因此，一種能夠將生物來源樣品的分離分析和檢測合在一起，能夠快速、高效，並且精確、可靠的檢測技術，將不僅滿足快速檢測的需求，也將為醫學和生物學的研究帶來極大的變化。從前需要動用大量人力物力和時間也難以完成科學研究，將隨著快速檢測技術的應用變得可能。這種變化的影響，將是革命性的。
發明內容
本發明介紹一種「Lab on Paper (LOP) 」技術，即「紙上實驗室」技術，就是基於這樣一種思路，將分離分析和精確檢測的步驟合二為一，集成於一臺微型儀器，以實現簡潔、 可靠、精密、高速、高效的醫藥檢測和其它生物來源樣品分析檢測過程。本發明提供一種高通量多用途液體樣品快速分析檢測儀，用於快速分析現場醫療、環境監測、食品檢測、生物學和分子生物學實驗中收集到的液體樣品，如血液、尿液、組織液、蔬果汁和萃取液中的一種或數種成分的定性、半定量和定量分析。該快速分析儀是基於一種「紙上實驗室」技術，該技術所使用的儀器主要由如下幾部分組成多層結構的試紙、 多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機。本發明的目的是針對現有技術的不足，在「紙上實驗室」技術基礎上提供一種高通量快速分析檢測儀器，用於血液、尿液、組織液、蔬果汁、生物和環境樣本萃取液等液體樣品中多成分的分析檢測。本發明涉及的高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，包括試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機；其中，所述試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機五部分相互協同工作，並按以下方式完成液體樣品快速分析檢測過程(1)所述試紙具有六層構造，依次為透明基底層、顯色層、反應層、過濾層、分離層和樣品層；所述透明基底層由顯色強度高的透明聚苯胺高分子化合物製成，或用顯色強度高的高強度無機玻璃材料製成；所述顯色層為橢圓形，顯色層由含有無色染料和顯色劑的光敏材料製成；所述反應層為梯形，且所述梯形的面積與顯色層的橢圓形的面積相同，反應層內含有多種化學反應或生化反應試劑，其中，所述的多種化學反應或生化反應試劑均勻分布在反應層的互不接觸的不同區域上，且所述分布形成一個陣列；所述過濾層為三角形， 且所述三角形的面積與反應層的梯形的面積相同，並對反應層中擴散滲透的反應試劑進行過濾；所述分離層由高孔隙率的納米無機氧化物顆粒與高強度的納米無機氧化物纖維組合而成，且高孔隙率的納米無機氧化物顆粒與高強度的納米無機氧化物纖維的重量份數比例為 1 0. 01 至 1 0. 015 ；(2)所述多波段反射光譜裝置包括P-偏振多波段光源、光入射角成像感應器、慮光器、樣品同步輸送與分析系統、反射光糾偏與控制系統、信號檢測器、數據分析與處理軟體；其中，所述P-偏振多波段光源包括雷射器、光束擴展器、起偏振器和數目為3-1 個互不相同波長的半導體發光二極體，所述波長介於MOnm與ieOOnm之間；所述起偏振器是晶體結構，能輸出線偏振光，並且起偏振器內置於所述P-偏振多波段光源中的光束擴展器前；所述光入射角成像感應器是多界面透射-反射結構，能接收線偏振光並實時感應上述 (1)中的陣列；所述濾光器由4片至64片面積為lmm2的正方形濾光薄片組成，濾光器安裝在所述高速離心機的轉輪上，所述轉輪被所述多波段反射光譜裝置中的樣品同步輸送與分析系統控制；(3)上述( 中的3-1 個互不相同波長的半導體發光二極體排列成圓形，與所述光電探測器的中心軸同心，使得每個半導體發光二極體與光電探測器光學對稱，並且3-128 個互不相同波長的半導體發光二極體分別獨立地與所述控制器連接，使得每個半導體發光二極體的發光獨立進行控制，以保證與光電探測器的轉子實時同步；(4)所述控制器還實時控制光電探測器的轉子轉速，讀出轉子的相對轉動角度，當所述試紙的分離層與光電探測器的轉子對齊的時候，觸發P-偏振多波段光源發光和光電探測器取樣；(5)所述光電探測器中的圖像獲取和處理軟體對上述O)中的不同區域的像素求和，所述不同區域與試紙相應的試劑區域的成像位置對應；然後，所述光電探測器中的圖像獲取和處理軟體對所述不同區域的像素的求和值存儲，且每個存儲的數值有對應相關的取樣時間。作為一個優選方式，上述(1)中的高強度的納米無機氧化物纖維外表面塗覆有有機化合物的納米氧化物顆粒。作為一個優選方式，上述O)中的半導體發光二極體的波長為640nm或800nm。作為一個優選方式，上述O)中的濾光器由32片面積為lmm2的正方形濾光薄片組成。本發明的快速分析檢測儀器的使用方法如下將一滴血液、尿液、組織液、蔬果汁或萃取液，或其它任何種類的待檢測液體樣品滴加在試紙的樣品層面上，然後按照要求將試紙放在儀器中的特定位置上，開動儀器。儀器將該試紙做高速離心運動，於是樣品中的成分依次透過分離層、達到化學反應層與那裡的試劑發生反應，反應結果經顯色層顯色，由與離心機運動進行了同步的反射光譜讀出顯色的結果。
圖1為本發明中多層「試紙」的結構示意圖。圖2為本發明中快速光電分析儀的構造概要原理圖。圖3為本發明中快速光電分析儀的工作原理圖。其中1為樣品層；2為分離層；3為過濾層；4為反應層；5為顯色層；6為透明基底層；7為試紙；8為高速離心機；9為光電探測器1 ；10為光電探測器N ；11為多波段反射光
譜裝置。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明提供的儀器作進一步的詳細說明，但不因此限制本發明。實施例1 尿液常規檢查專用試紙的結構和成分，該試紙的化學反應層按照4排4列的方式塗覆有16種試劑，其中4種是作為對比用的空白試劑。將一滴尿液滴在樣品層上，將該試紙放入的儀器中規定的位置上，開動儀器。約需要10分鐘，儀器給出尿液中12種指標的報告，完成尿液常規檢查。實施例2 血液免疫檢查專用試紙的結構和成分，該試紙的化學反應層按照4排4列的方式在16個位置上塗覆有試劑，其中2個位置是作為對比用的空白試劑，2個位置是標樣，其餘 12個位置上，按照規定分別塗覆4種抗體試劑的任何一種。將一滴血液滴在樣品層上，將該試紙放入的儀器中規定的位置上，開動儀器。約需要10分鐘，儀器給出血液四種免疫指標的報告，完成血液免疫檢查。實施例3:蔬菜中有機磷農藥殘餘含量檢查專用試紙的結構和成分，該試紙的化學反應層按照4排4列的方式在16個位置上塗覆有試劑，其中4個位置是作為對比用的空白試劑， 4個位置是標樣，其餘8個位置上，按照規定分別塗覆8種針對不同有機磷農藥的試劑。將一片蔬菜打碎，加同樣重量的水調和成樣品。將一滴樣品滴在樣品層上，將該試紙放入的儀器中規定的位置上，開動儀器。約需要10分鐘，儀器給出血液8種有機磷農藥殘留量的報告，完成有機磷農藥殘留檢查。
權利要求
1.一種高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，其特徵在於，該快速光電分析儀包括試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機；其中，所述試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機五部分相互協同工作，並按以下方式完成液體樣品快速分析檢測過程(1)所述試紙具有六層構造，依次為透明基底層、顯色層、反應層、過濾層、分離層和樣品層；所述透明基底層由顯色強度高的透明聚苯胺高分子化合物製成，或用顯色強度高的高強度無機玻璃材料製成；所述顯色層為橢圓形，顯色層由含有無色染料和顯色劑的光敏材料製成；所述反應層為梯形，且所述梯形的面積與顯色層的橢圓形的面積相同，反應層內含有多種化學反應或生化反應試劑，其中，所述的多種化學反應或生化反應試劑均勻分布在反應層的互不接觸的不同區域上，且所述分布形成一個陣列；所述過濾層為三角形，且所述三角形的面積與反應層的梯形的面積相同，並對反應層中擴散滲透的反應試劑進行過濾；所述分離層由高孔隙率的納米無機氧化物顆粒與高強度的納米無機氧化物纖維組合而成，且高孔隙率的納米無機氧化物顆粒與高強度的納米無機氧化物纖維的重量份數比例為 1 0. 01 至 1 0. 015 ；(2)所述多波段反射光譜裝置包括P-偏振多波段光源、光入射角成像感應器、慮光器、 樣品同步輸送與分析系統、反射光糾偏與控制系統、信號檢測器、數據分析與處理軟體；其中，所述P-偏振多波段光源包括雷射器、光束擴展器、起偏振器和數目為3-1 個互不相同波長的半導體發光二極體，所述波長介於MOnm與ieOOnm之間；所述起偏振器是晶體結構， 能輸出線偏振光，並且起偏振器內置於所述P-偏振多波段光源中的光束擴展器前；所述光入射角成像感應器是多界面透射-反射結構，能接收線偏振光並實時感應上述(1)中的陣列；所述濾光器由4片至64片面積為Imm2的正方形濾光薄片組成，濾光器安裝在所述高速離心機的轉輪上，所述轉輪被所述多波段反射光譜裝置中的樣品同步輸送與分析系統控制；(3)上述( 中的3-1 個互不相同波長的半導體發光二極體排列成圓形，與所述光電探測器的中心軸同心，使得每個半導體發光二極體與光電探測器光學對稱，並且3-1 個互不相同波長的半導體發光二極體分別獨立地與所述控制器連接，使得每個半導體發光二極體的發光獨立進行控制，以保證與光電探測器的轉子實時同步；(4)所述控制器還實時控制光電探測器的轉子轉速，讀出轉子的相對轉動角度，當所述試紙的分離層與光電探測器的轉子對齊的時候，觸發P-偏振多波段光源發光和光電探測器取樣；(5)所述光電探測器中的圖像獲取和處理軟體對上述O)中的不同區域的像素求和， 所述不同區域與試紙相應的試劑區域的成像位置對應；然後，所述光電探測器中的圖像獲取和處理軟體對所述不同區域的像素的求和值存儲，且每個存儲的數值有對應相關的取樣時間。
2.根據權利要求1所述的高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，其特徵在於上述 (1)中的高強度的納米無機氧化物纖維外表面塗覆有有機化合物的納米氧化物顆粒。
3.根據權利要求1或2所述的高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，其特徵在於 上述O)中的半導體發光二極體的波長為640nm或800nm。
4.根據權利要求1-3任一所述的高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，其特徵在於上述O)中的濾光器由32片面積為Imm2的正方形濾光薄片組成。
全文摘要
本發明涉及一種高通量多用途液體樣品快速光電分析儀，該光電分析儀包括試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機；其中，所述試紙、多波段反射光譜裝置、光電探測器、控制器和高速離心機五部分相互協同工作完成液體樣品快速分析檢測過程其通過光電信號感應傳輸的光電分析儀具備快速、高效，並且精確、可靠的檢測技術。
文檔編號G01N21/27GK102455281SQ201110070338
公開日2012年5月16日 申請日期2011年3月23日 優先權日2011年3月23日
發明者楊曉波, 肖劍鳴 申請人:楊曉波