一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺。所述檢測平臺由機身和機體兩部分組成，所述機身是指平臺的外部結(jié)構(gòu)，包括外罩、電源插口、觸摸顯示屏、試劑卡插入口、打印信息輸出口和外部通信接口；所述機體是指平臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電源單元、微型計算機、微型打印機、MPPC光子計數(shù)器、激光光源、光學單元、電子質(zhì)控單元、耗材位置控制和試劑識別模塊。所述平臺采用激光光源，并通過智能控制技術(shù)，使得光源能夠根據(jù)被測樣本的不同輸出與其特征相適應(yīng)的具有恒定波長和功率的激發(fā)光；使用MPPC作為光子計數(shù)器，大幅度提高了對于微弱光信號的探測靈敏度和光子計數(shù)精確度。
【專利說明】
一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電探測和自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]MPPC是一種被稱為硅光電倍增器(SiPM、硅PM)的產(chǎn)品，是由多個工作在蓋格模式的Aro像素組成的光子計數(shù)產(chǎn)品。雖然MPPC從根本上來講是一種光電半導體，但是它有著優(yōu)秀的光子計數(shù)能力，并適用于各種需要進行極弱光測量的應(yīng)用之中。MPPC可在低電壓下進行工作，其特點是高增益、高光子探測效率、高反應(yīng)速度、優(yōu)秀的時間分辨率、以及較寬的光譜響應(yīng)范圍，而且它的表現(xiàn)已經(jīng)滿足了較高層級的光子計數(shù)的要求。另外，MPPC還具備磁場不靈敏、抗金屬沖擊等固體產(chǎn)品本身所特有的優(yōu)點。
[0003]某些物質(zhì)經(jīng)紫外光的照射，吸收了一定波長的入射光后，即可發(fā)射出較入射光波長稍長的光，當紫外光一旦停止照射，所發(fā)射的光也隨之消失，這種發(fā)射的光稱為熒光。由于物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收紫外光的波長及發(fā)射熒光的波長也有所不同，利用這個特性可以對待測物質(zhì)進行定性。在一定條件下，待測物質(zhì)濃度越高，紫外光照射后所發(fā)射的熒光越強;反之，濃度越低，所發(fā)射的光也越弱;據(jù)此，可以對待測物質(zhì)進行定量分析。
[0004]熒光免疫分析技術(shù)是利用熒光技術(shù)的高度敏感性與免疫學技術(shù)的高度特異性相結(jié)合，為免疫學、臨床組織化學和實驗室診斷提供了一項其他方法不能取代的、具有獨特風格的檢測技術(shù)。熒光免疫技術(shù)在醫(yī)學和生物學中的應(yīng)用已有近60年的歷史。隨著免疫熒光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使它成為微生物學、免疫學、病理學及免疫組織化學中常用的一種免疫學技術(shù)。
[0005]熒光免疫檢測技術(shù)具有專一性強、靈敏度高、實用性好等優(yōu)點，因此它被用于測量含量很低的生物活性化合物，例如蛋白質(zhì)(酶、接受體、抗體)、激素(留族化合物、甲狀腺激素、酞激素)、藥物及微生物等。
[0006]熒光免疫分析儀是微生物學、免疫學、病理學及免疫組織化學中的一種重要的檢測設(shè)備。目前熒光免疫分析儀除用于細菌、病毒、原蟲、蠕蟲以及真菌等的鑒定和相關(guān)疾病的診斷外，還廣泛用于血清抗體(包括自身抗體)的檢測，自身免疫疾病的診斷與研究，病理學抗原、抗體及補體的鑒定和定位，免疫復合物的病理研究，細菌、病毒與宿主之間的抗原關(guān)系及受體、配體研究，腫瘤免疫的診斷與研究，細胞膜表面抗原及其受體的研究等技術(shù)。
[0007]要保證熒光檢測結(jié)果的準確性，需要保證兩個檢測條件，一是光源發(fā)出的激發(fā)光要高度穩(wěn)定，包括恒定的波長和恒定的功率;二是光子檢測儀器具有很高的靈敏度和精確性，即對很微弱的熒光也要能夠進行準確的光子計數(shù)。
[0008]現(xiàn)有的熒光檢測設(shè)備通常難以滿足這兩個條件，所以往往導致檢測結(jié)果不夠精確。其原因主要包括兩個方面:一是現(xiàn)有的熒光檢測設(shè)備通常使用LED光源，光穩(wěn)定性差，激發(fā)光不穩(wěn)定，造成輸出結(jié)果誤差大;二是現(xiàn)有的熒光檢測設(shè)備通常使用光電池或者面陣圖像傳感器作為熒光檢測儀器，對于微弱光信號的探測靈敏度和光子計數(shù)精確性都不理想，造成檢測結(jié)果不夠準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有的熒光檢測設(shè)備存在的激發(fā)光源不穩(wěn)定和對于微弱光信號探測靈敏度低的問題，本發(fā)明提供一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，所述平臺采用激光光源，并通過智能控制技術(shù)，使得光源能夠根據(jù)被測樣本的不同輸出與其特征相適應(yīng)的具有恒定波長和功率的激發(fā)光;使用MPPC作為光子計數(shù)器，大幅度提高了對于微弱光信號的探測靈敏度和光子計數(shù)精確度。
[0010]為實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，由機身和機體兩部分組成。所述機身是指平臺的外部結(jié)構(gòu)，包括外罩、電源插口、觸摸顯示屏、試劑卡插入口、打印信息輸出口和外部通信接口。所述機體是指平臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電源單元、微型計算機、微型打印機、MPPC光子計數(shù)器、激光光源、光學單元、電子質(zhì)控單元、耗材位置控制和試劑信息識別模塊。所述電源單元的輸入端與所述機身的電源插口相連接，輸出端與所述機體的各個部件相連接，為其提供電源。所述微型計算機與所述機體中除光學單元外的其他各部件相連接，接收各部件的數(shù)據(jù)，輸出指令，控制各部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。所述微型計算機與所述機身的觸摸顯示屏相連接，接收用戶輸入的指令，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息。所述耗材位置控制模塊與所述機身的試劑卡插入口相連接。
[0011 ]所述電源單元為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電，隔絕外部信號對本系統(tǒng)的干擾。
[0012]所述微型計算機包含處理器、內(nèi)存、I/O接口及操作系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供交互控制和人機接口，同時通過軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部的各個單元模塊完成檢測的流程控制、結(jié)果輸出、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)交互管理功能。
[0013]所述微型打印機連接至內(nèi)部微型計算機，將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)打印輸出。
[0014]所述MPPC光子計數(shù)器是本平臺的核心單元，其內(nèi)部設(shè)有溫度控制單元、電壓控制單元、增益控制單元和模擬輸出接口，通過數(shù)字接口設(shè)置高壓電壓、工作溫度點和輸出增益，其計數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過模擬接口輸出至后端采樣單元。
[0015]所述激光光源為恒波長恒光功率輸出，且輸出功率可調(diào)，能夠得到穩(wěn)定的激發(fā)光源，用于試劑的熒光激發(fā)。
[0016]所述激光光源包含有波長控制電路和功率控制電路，所述波長控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的波長恒定在設(shè)定值;所述功率控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的功率恒定在設(shè)定值。
[0017]所述光學單元包括折射、散射、聚焦光學儀器，提供光路信號的折射、散射、聚焦等功能。激光器出射光通過光路投射到試劑卡檢測區(qū)，激發(fā)后的熒光信號再通過光路返回到光子計數(shù)器內(nèi)。
[0018]所述電子質(zhì)控單元包含光電信號自動校準儀器，每次開機或者當工作時間達到設(shè)定周期的時候，電子質(zhì)控單元會被激活，對設(shè)備進行自動校準，并自動記錄校準信息。
[0019]本平臺通過耗材平移方式進行掃描檢測，所述耗材位置控制模塊包含托盤結(jié)構(gòu)、步進電機及其控制系統(tǒng)，通過所述微型計算機控制所述步進電機，驅(qū)動所述托盤結(jié)構(gòu)牽引試劑卡進行掃描。
[0020]所述試劑信息識別模塊使用二維碼方式對試劑卡信息進行編碼，并附在試劑卡的非檢測區(qū)，機內(nèi)的識別單元通過掃描二維碼，提取試劑卡的有效期、批次號、序列號、質(zhì)控參數(shù)和校準數(shù)據(jù)，用于檢測的品控及數(shù)據(jù)分析。
[0021]所述檢測平臺的工作流程包括以下步驟:
1)將有效試劑耗材插入所述試劑卡插入口；
2)所述耗材位置控制單元偵測到試劑卡插入后，啟動步進電機拖動試劑卡進入到平臺避光檢測位中；
3)所述試劑信息識別模塊對耗材載荷數(shù)據(jù)進行識別，將數(shù)據(jù)上傳至微型計算機用于后面的采集數(shù)據(jù)計算；
4)所述微型計算機啟動激光器，對試劑卡的檢測窗口區(qū)進行激發(fā)掃描，所述MPPC光子計數(shù)器自動統(tǒng)計試劑卡的激發(fā)光量，并將數(shù)據(jù)上傳至所述微型計算機；
5)所述微型計算機在獲取到光子計數(shù)器的數(shù)據(jù)后，結(jié)合試劑卡攜帶的有效信息進行結(jié)果計算，在完成計算后將數(shù)據(jù)存儲至本機內(nèi)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)以便后期查詢，同時使用所述微型打印機將結(jié)果打印輸出；
6)當平臺接入到外部管理系統(tǒng)的時候，通過所述外部通信接口將數(shù)據(jù)上傳至管理系統(tǒng)服務(wù)器。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為:
1)同使用光電池或者面陣圖像傳感器作為核心檢測裝置的現(xiàn)有技術(shù)相比，本平臺基于MPPC的光子計數(shù)器，對于微弱信號的探測靈敏度和精確度大幅提升；
2)MPPC光子計數(shù)器的增益可按需調(diào)節(jié)，能夠動態(tài)適應(yīng)不同激發(fā)強度類型的試劑卡片；
3)本發(fā)明使用激光器二極管替代普通發(fā)光二極管作為光源，并通過動態(tài)調(diào)控，使得出射光波長和功率穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0024]圖1為本發(fā)明所述一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺的機體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
實施例
[0025]參見附圖1，一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，由機身和機體兩部分組成。機身是指平臺的外部結(jié)構(gòu)，包括外罩、電源插口、觸摸顯示屏、試劑卡插入口、打印信息輸出口和外部通信接口。機體是指平臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電源單元、微型計算機、微型打印機、MPPC光子計數(shù)器、激光光源、光學單元、電子質(zhì)控單元、耗材位置控制和試劑信息識別模塊。所述電源單元的輸入端與所述機身的電源插口相連接，輸出端與所述機體的各個部件相連接，為其提供電源。所述微型計算機與所述機體中除光學單元外的其他各部件相連接，接收各部件的數(shù)據(jù)，輸出指令，控制各部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。所述微型計算機與所述機身的觸摸顯示屏相連接，接收用戶輸入的指令，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息。所述耗材位置控制單元與所述機身的試劑卡插入口相連接。
[0026]電源單元為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電，隔絕外部信號對本系統(tǒng)的干擾。電源單元為12V直流輸入。
[0027]微型計算機包含處理器、內(nèi)存、I/O接口及操作系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供交互控制和人機接口，同時通過軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部的各個單元模塊完成檢測的流程控制、結(jié)果輸出、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)交互管理功能。所述處理器采用Broadcom BCM2837，操作系統(tǒng)采用Linux。
[0028]微型打印機采用熱敏打印機，連接至內(nèi)部微型計算機，將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)打印輸出。
[0029]所述MPPC光子計數(shù)器內(nèi)部設(shè)有溫度控制單元、電壓控制單元、增益控制單元和模擬輸出接口，通過數(shù)字接口設(shè)置高壓電壓、工作溫度點和輸出增益，其計數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過模擬接口輸出至后端采樣單元。
[0030]激光光源采用激光二極管，所述激光二極管為恒波長恒光功率輸出，且輸出功率可調(diào)，能夠得到穩(wěn)定的激發(fā)光源，用于試劑的熒光激發(fā)。
[0031]激光光源包含有波長控制電路和功率控制電路，所述波長控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的波長恒定在設(shè)定值;所述功率控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的功率恒定在設(shè)定值。
[0032]光學單元包括折射、散射、聚焦光學儀器，提供光路信號的折射、散射、聚焦等功能。激光器出射光通過光路投射到試劑卡檢測區(qū)，激發(fā)后的熒光信號再通過光路返回到光子計數(shù)器內(nèi)。
[0033]電子質(zhì)控單元包含光電信號自動校準儀器，每次開機或者當工作時間達到設(shè)定周期的時候，電子質(zhì)控單元會被激活，對設(shè)備進行自動校準，并自動記錄校準信息。
[0034]本平臺通過耗材平移方式進行掃描檢測，所述耗材位置控制模塊包含托盤結(jié)構(gòu)、步進電機及其控制系統(tǒng)，通過所述微型計算機控制所述步進電機，驅(qū)動所述托盤結(jié)構(gòu)牽引試劑卡進行掃描。
[0035]試劑信息識別模塊使用二維碼方式對試劑卡信息進行編碼，并附在試劑卡的非檢測區(qū)，機內(nèi)的識別單元通過掃描二維碼，提取試劑卡的有效期、批次號、序列號、質(zhì)控參數(shù)和校準數(shù)據(jù)，用于檢測的品控及數(shù)據(jù)分析。
[0036]外部通信接口設(shè)有LAN、USB、WiFi接口模塊，可通過這些接口模塊接入LIS系統(tǒng)(Laboratory Informat1n System，實驗室信息系統(tǒng))。
[0037]檢測平臺的工作流程包括以下步驟:
1)將有效試劑耗材插入試劑卡插入口；
2)耗材位置控制單元偵測到試劑卡插入后，啟動步進電機拖動試劑卡進入到平臺避光檢測位中；
3)試劑信息識別模塊對耗材載荷數(shù)據(jù)進行識別，將數(shù)據(jù)上傳至微型計算機用于后面的采集數(shù)據(jù)計算；
4)微型計算機啟動激光器，對試劑卡的檢測窗口區(qū)進行激發(fā)掃描，MPPC光子計數(shù)器自動統(tǒng)計試劑卡的激發(fā)光量，并將數(shù)據(jù)上傳至所述微型計算機；
5)微型計算機在獲取到光子計數(shù)器的數(shù)據(jù)后，結(jié)合試劑卡攜帶的有效信息進行結(jié)果計算，在完成計算后將數(shù)據(jù)存儲至本機內(nèi)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)以便后期查詢，同時使用所述微型打印機將結(jié)果打印輸出； 6)當平臺接入到外部管理系統(tǒng)的時候，通過所述外部通信接口將數(shù)據(jù)上傳至管理系統(tǒng)服務(wù)器。
[0038]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述檢測平臺由機身和機體兩部分組成，所述機身是指平臺的外部結(jié)構(gòu)，包括外罩、電源插口、觸摸顯示屏、試劑卡插入口、打印信息輸出口和外部通信接口；所述機體是指平臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電源單元、微型計算機、微型打印機、MPPC光子計數(shù)器、激光光源、光學單元、電子質(zhì)控單元、耗材位置控制和試劑信息識別模塊;所述電源單元的輸入端與所述機身的電源插口相連接，輸出端與所述機體的各個部件相連接，為其提供電源;所述微型計算機與所述機體中除光學單元外的其他各部件相連接，接收各部件的數(shù)據(jù)，輸出指令，控制各部件執(zhí)行相應(yīng)的操作;所述微型計算機與所述機身的觸摸顯示屏相連接，接收用戶輸入的指令，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息;所述耗材位置控制模塊與所述機身的試劑卡插入口相連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述MPPC光子計數(shù)器是所述檢測平臺的核心單元，其內(nèi)部設(shè)有溫度控制單元、電壓控制單元、增益控制單元和模擬輸出接口，通過數(shù)字接口設(shè)置高壓電壓、工作溫度點和輸出增益，其計數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過模擬接口輸出至后端采樣單元。3.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述激光光源為恒波長恒光功率輸出，且輸出功率可調(diào)，能夠得到穩(wěn)定的激發(fā)光源，用于試劑的熒光激發(fā)。4.如權(quán)利要求1或3所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述激光光源包含有波長控制電路和功率控制電路，所述波長控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的波長恒定在設(shè)定值;所述功率控制電路接收所述微型計算機發(fā)出的指令，將光源發(fā)出光的功率恒定在設(shè)定值。5.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述電子質(zhì)控單元包含光電信號自動校準儀器，每次開機或者當工作時間達到設(shè)定周期的時候，電子質(zhì)控單元被激活，對設(shè)備進行自動校準，并自動記錄校準信息。6.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述檢測平臺通過耗材平移方式進行掃描檢測，所述耗材位置控制模塊包含托盤結(jié)構(gòu)、步進電機及其控制系統(tǒng)，通過所述微型計算機控制所述步進電機，驅(qū)動所述托盤結(jié)構(gòu)牽引試劑卡進行掃描。7.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于:所述試劑信息識別模塊使用二維碼方式對試劑卡信息進行編碼，并附在試劑卡的非檢測區(qū)，機內(nèi)的識別單元通過掃描二維碼，提取試劑卡的有效期、批次號、序列號、質(zhì)控參數(shù)和校準數(shù)據(jù)，用于檢測的品控及數(shù)據(jù)分析。8.如權(quán)利要求1所述的一種納米微流控精確定量熒光免疫檢測平臺，其特征在于，所述檢測平臺的工作流程包括以下步驟: 1)將有效試劑耗材插入所述試劑卡插入口； 2)所述耗材位置控制單元偵測到試劑卡插入后，啟動步進電機拖動試劑卡進入到平臺避光檢測位中； 3)試劑信息識別模塊對耗材載荷數(shù)據(jù)進行識別，將數(shù)據(jù)上傳至微型計算機用于后面的采集數(shù)據(jù)計算； 4)所述微型計算機啟動激光器，對試劑卡的檢測窗口區(qū)進行激發(fā)掃描，所述MPPC光子計數(shù)器自動統(tǒng)計試劑卡的激發(fā)光量，并將數(shù)據(jù)上傳至所述微型計算機； 5)所述微型計算機在獲取到光子計數(shù)器的數(shù)據(jù)后，結(jié)合試劑卡攜帶的有效信息進行結(jié)果計算，在完成計算后將數(shù)據(jù)存儲至本機內(nèi)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)以便后期查詢，同時使用所述微型打印機將結(jié)果打印輸出； 6)當平臺接入到外部管理系統(tǒng)的時候，通過所述外部通信接口將數(shù)據(jù)上傳至管理系統(tǒng)服務(wù)器。
【文檔編號】G01N21/64GK105842218SQ201610346755
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】姚世平, 劉光中, 姚洪濤, 李洲強, 張學治, 李少杰, 吳越, 張振宇, 陳鑫
【申請人】天津倍肯生物科技有限公司