专利名称：一种金标条检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金标条检测系统，该检测系统可对金标免疫试 纸条进行即时判读，实现对目标被检物的定量检测，从而实现对传染病、 病原体、纟某介生物携带病原、癌症标志物、心脏病标志物、各种激素、 农药/兽药残留的快速诊断与检测。
背景技术：
金标免疫层析技术是一种将胶体金标记技术与免疫层析技术相结合 的快速现场检测技术，已广泛应用于医学诊断、细菌探测、环境及食品 安全监测(农药残留)、兽医诊断、毒品检测、药物筛选、生物反应过程 的动态监测以及科学研究等领域。胶体金免疫层析试纸条(以下简称为 金标条)是免疫层析反应发生的载体，金标条检测带上聚集着与目标被 检物相结合的纳米金颗粒，通过对纳米金颗粒的定量测量，实现对目标 被检物的定量检测。
纳米金颗粒具有吸光特性，在大量纳米金颗粒聚集时，会显示出红 色。在先技术中，主要通过目视对金标条检测带的颜色深浅进行判读，
实现对金标条上目标被检物的定性测量。上述在先技术的主要缺点是 ①只能实现定性测量，不能实现定量测量；②判断结果受目视者的主观 影响较大，而且目视者对检测带颜色较浅的金标条(目标被检物为弱阳 性)的判断易出错。
针对上述缺点，我们曾经提出一种"金标免疫试纸条的反射式光度 计"的发明专利申请(申请号200610029498.X),该光度计是利用扫描 机构和光学系统实现对金标条的定量测量。上述在先技术的主要缺点为 ①利用扫描机构对金标条进行定量测量，测量速度慢；②扫描^4勾4交复 杂，易发生故障；③光学系统较复杂，且较难调节；④数据量大，对软 件、硬件要求较高；⑤用户操作较复杂，需要干预测量过程，如对测量 曲线上的检测带和质控带的位置进行手动调节等。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种简单、 快速、灵敏的金标条检测系统。
本实用新型的技术解决方案如下
一种金标条检测系统，包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光 信号接收部件和信号处理单元，其中，
所述的标定试纸条表面性质均匀，用于在金标条检测系统对待检金 标条进行定量测量前，对其上的照明部件和光信号接收部件进行标定；
所述的照明部件用于照射标定试纸条和待测金标条，并在标定试纸 条和金标条表面形成高亮度且光强均匀分布的光斑；
所述的接收部件为PD阵列，用于感应标定试纸条和待测金标条表面 在所述照明部件照射下产生的散射光信号；
所述的遮光装置设置在接收部件和标定试纸条或待测金标条之间， 遮光装置上设置有透孔，接收部件通过与遮光装置上的透孔相配合，分 别对待测金标条上各功能区域和功能区域之外的空白区域、以及标定试 纸条上与待测金标条上各区域相对应区域的散射光信号进行采集；
所述的信号处理系统主要用于对接收装置采集的散射光信号进行处 理和运算，并最终得出金标条上目标被检物的浓度。
进一步，所述遮光装置上的透孔为矩孔。
进一步，所述遮光装置上设置有矩孔阵列，该阵列中包含有若干个 分别与金标条上的各功能区域和功能区域之外的空白区域——对应的矩 孔，接收部件分别与矩孔阵列中的各矩孔相配合，实现对待测金标条或 标定试纸条上各不同区域散射光信号的采集。
进一步，所述待测金标条上的功能区域包括检测带、质控带，构成 所述接收装置的PD阵列中包含一个用于感应金标条上检测带散射光的PD 像元、 一个用于感应金标条上质控带散射光的PD像元，以及用于感应功 能区域之外的空白区域散射光的PD像元。
进一步，所述待测金标条上设置有若干个空白区域，相应地，所述 遮光装置上的矩孔阵列中包含有若千个分别与所述空白区域——对应的 矩孔，所述PD阵列中包含有若干个分别与所述若干个空白区域——对应 的PD像元。进一步，所述照明部件为由LED发光器件及其驱动电路构成的条形 光源。
使用本发明金标条检测系统对待测金标条进行定量测量的方法如
下
步骤一将标定试纸条置于金标条检测系统中，并打开照明部件照 射标定试纸条；
步骤二利用PD阵列接收装置感应标定试纸条表面的散射光信号， PD阵列输出信号经信号处理系统滤波、放大和采集，得到如下信号Sb S,"Sn+2, 1《"3;
步骤三取出标定试纸条，放入滴加了样品的金标条；
步骤四PD阵列感应金标条表面各区域的散射光信号，PD阵列输出 信号经信号处理系统滤波、放大和采集，得到如下信号感应检测带散 射光信号的PD像元的输出信号St，感应质控带散射光信号的PD像元的 输出信号Sc，感应检测带和质控带之外的非功能区域散射光信号的PD像 元的输出信号Sab ...San;
步骤五将步骤四所得信号St， Sc, Sa!，…San与步骤二中相对应PD 像元的输出信号Si， S2…S^分别进行比对，得到Yt， Yc， Ya" ...Yan;
步骤六求出Yai,…Ya。的平均值Ya,求出待测金标条上的检测带 散射光密度值Tod和质控带散射光光密度值Cod，计算比值Tod/Cod,最 后，才艮据目标被;险物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线， 得出样品中被检物的浓度值。
其中，目标被检物浓度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲 线按如下步骤绘制
① 利用光源照射与待测金标条规格相同的标定试纸条，使光照强度 在标定试纸条表面均匀分布，并且，在光源照射的同时，利用由PD阵列 构成的接收装置采集标定试纸条上与待测金标条上的检测带、质控带、 以及检测带和质控带之外的非功能区相对应的各部位表面产生的散射光 信号S。 S2 — S +2， l<n《3;
② 将目标被检物用相应緩沖液进行梯度稀释，并依次用金标条上样； 利用同样的光源照射每一个上样后的金标条，照射的同时，利用接收装 置采集各金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区表面产生的散射光信号St，Sc， Sab Sa2…Sa。， St为检测带散射光信号， Sc为质控带散射光信号，Sai为第一个非功能区的散射光信号，Sa2为第 二个非功能区的散射光信号，San为第n个非功能区散射光信号；
③针对每一个金标条，将采集的该金标条上检测带、质控带、非功 能区的散射光信号St,Sc,Sai,…San各自与在标定试纸条上相对应部位采
集的散射光信号S2…Sn+2进行比对，其中，Si对应St， S2对应Sc, S3
对应Sa^…S。+2对应San，比对分别公式为<formula>formula see original document page 7</formula>得到比对后的结果Yt, Yc, Yan ...Yan, 计算各金标条Yan…Yan的平均值Ya，并由公式
<formula>formula see original document page 7</formula>
求出各金标条上检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度 值Cod;
④最后，根据各金标条所对应的被检物的浓度，以及各金标条才企测 带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod,绘制目标被检物浓 度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线。
本实用新型与在先技术相比具有以下技术效果
1、 本实用新型金标条检测系统使用LED条形光源在金标条表面形成 大范围高强度矩形光斑，使用PD阵列接收金标条表面散射光，测量速度 明显快于在先技术。
2、 使PD阵列中PD像元的个数与金标条上的检测带、质控带和金标 条上检测带和质控带外的空白区域之间形成"一对一"的对应关系，这 种检测对象与感应器件之间的"一对一"的方式所带来的好处是数据 量少，处理算法简单，用户无需对测量过程进行干预，对软件和硬件的 要求低，且处理速度快。
3、 本实用新型金标条检测系统结构简单，不但降低了成本，而且提高了系统的工作可靠性。
4、本实用新型金标条检测系统中采用LED条形光源直接对金标条进 行照明，采用PD阵列直接接收金标条表面散射光，无光学系统，结构简 单，易于装校，且成本较低。


图1为本实用新型金标条检测系统原理结构示意图2为金标条结构示意图3为标定试纸条结构示意图4为条形光源结构示意图5为矩孔阵列示意图6为PD阵列示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应以此 限定本实用新型的保护范围。
图1是本实用新型金标条检测系统的原理结构示意图。
如图中所示，本实用新型金标条检测系统包括标定试纸条、照明部 件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理系统，其中，
标定试纸条2为未发生免疫层析反应的空白试纸条，其结构请参阅 图3，使用时标定试纸条2放置在图中待测金标条1所在的位置。待测金 标条1为经纳米金颗粒标记的免疫层析试纸条，即待测金标条，其结构 请参阅图2，待测金标条1上包括功能区域检测带ll、质控带12，还 包括三个空白区域13、 14、 15。
照明部件由LED条形光源3和LED驱动电路4构成。LED条形光源3 为两行或多行LED发光元件，请参阅图4。 LED条形光源3发出的高亮度 绿光照射在待测金标条1上，并在待测金标条1上形成高强度矩形光斑。 LED驱动电路4为LED条形光源3提供恒定的驱动电流。
如图5所示，遮光装置5上设置有矩孔阵列，该矩孔阵列中包含5 个矩孔51， 5个矩孔51分别与待测金标条1上的检测带11、质控带12 和三个空白区域13、 14、 15——对应。光信号接收部件6由PD阵列构成，PD阵列中包含有5个分别与矩孔 阵列中的5个矩孔51——对应的PD像元61，请参见图6。也就是说PD 阵列中有一个PD像元61对应于待测金标条1上的检测带11,有一个PD 像元61对应于待测金标条1上的质控带12,另三个PD像元61则分别对 应于待测金标条1上的三个空白区域13、 14、 15。
矩孔阵列中各矩孔51的主要作用是分别允许待测金标条1上各自相 对应区域的散射光信号被各自相对应的PD像元所感应，即，检测带11 的散射光信号透过与其相对应的矩孔51被与该矩孔相对应的PD像元61 所感应，质控带12的散射光信号则透过与其相对应的矩孔51被相应的 PD像元61所感应，其他三个空白区域的散射光信号同样分别透过各自相 对应的矩孔51被相应的PD像元61所感应。
信号处理系统7主要用于对PD阵列输出信号进行滤波、放大、采集， 并对信号进行运算，最终得出待测金标条1上目标被检物的浓度值。
本实用新型斗佥测系统的工作过程如下
将标定试纸条2置于金标条检测系统中，接通金标条检测系统电源， 此时，条形光源3出射光在标定试纸条2上形成高强度均匀矩形光斑。 标定试纸条2表面散射光经矩孔阵列中的各矩孔51后直接照射在PD阵 列6中的各个PD像元上。PD阵列6输出信号经信号处理系统7滤波、放 大和采集，得到如下信号Sb S2…S,w， l《n《3。取出标定试纸条2，放 入待测金标条1。 PD阵列6感应待测金标条1表面散射光，输出信号经 信号处理系统7滤波、放大和采集，得到如下信号感应检测带ll散射 光信号的PD像元61的输出信号St，感应质控带12散射光信号的PD像 元61的输出信号Sc，感应检测带11和质控带12之外三个空白区域13、 14、15散射光信号的PD像元61的输出信号Sa,， Sa2...San。将信号St， Sc， Sai， Sa2…Sa。分别与对应的PD像元61输出信号S,， S2…S^按如下公式 进行比对，
Yt=St/S,，
Yc=Sc/S2,
Ya广Sa 1/S3 ，
Yan= San/S得到Yt， Yc, Ya,， Ya2...Yan;求出Ya,, Ya"..Yan的平均值Ya; 求出检测带散射光密度Tod,计算公式为
Ibc lg旦 Fa
求出质控带散射光对应的光密度值Cod，计算公式为
CW lg^
求比值Tod/Cod;最后，根据净皮4企物浓度与比值Tod/Cod之间对应关 系的标准工作曲线，给出待测金标条上被检物浓度值。
需要说明的是，本实用新型检测系统使用前，先要绘制被检物浓度 与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线，该标准工作曲线的绘制 方式与上述待测金标条的测量过程基本相同，具体为
① 利用光源照射与待测金标条规格相同的标定试纸条，使光照强度 在标定试纸条表面均匀分布，并且，在光源照射的同时，利用由PD阵列 构成的接收装置采集标定试纸条上与待测金标条上的检测带、质控带、 以及检测带和质控带之外的非功能区相对应的各部位表面产生的散射光
4§ 5 Si、 S2…Sn+2;
② 将目标被检物用相应緩冲液进行梯度稀释，并依次用金标条上样； 利用同样的光源照射每一个上样后的金标条，照射的同时，利用接收装 置采集各金标条上的检测带、质控带和检测带和质控带之外的非功能区 表面产生的散射光信号St，Sc， Sah Sa2...San， St为检测带散射光信号， Sc为质控带散射光信号，S^为第一个非功能区的散射光信号，S&为第 二个非功能区的散射光信号，Sa。为第n个非功能区散射光信号；
③ 针对每一个金标条，将采集的该金标条上检测带、质控带、非功 能区的散射光信号St，Sc,Sa,，…San各自与在标定试纸条上相对应部位采 集的散射光信号S，S2…Sw进行比对，其中，S对应St， S2对应Sc， S3 对应Sa"…S^对应San，比对分别7>式为
Yt=St/S,， Yc=Sc/S2， YaSa(/S,"
Yan= San/S得到比对后的结果Yt， Yc, Yai, ...Yan, 计算各金标条Ya"…Ya。的平均值Ya，并由公式
7W lg—、 Coc/ lg— 、 、
求出各金标条上检测带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度 值Cod;
④最后，根据各金标条所对应的被检物的浓度，以及各金标条检测 带的散射光密度值Tod和质控带的散射光密度值Cod,绘制目标被检物浓 度与比值Tod/Cod之间对应关系的标准工作曲线。
在上述步骤②中，目标被检物用緩沖液进行固定浓度梯度的稀释。 例如当目标被检物为蛋白类样品时，用緩沖液进行稀释的浓度梯度为四 倍差别；当目标被检物为细菌、病毒培养物时，稀释时的浓度梯度为十 倍差别。
与在先技术相比，本实用新型的特点在于采用LED条形光源照明， 在金标条表面可形成高强度均匀矩形光斑；采用矩孔阵列滤除目标区域 外的散射光；采用PD阵列接收金标条表面散射光，PD阵列中的PD像元 与金标条上检测带、质控带和非功能区一一对应，数据量少，处理速度 快，用户无需千预测量测量过程。本实用新型内无扫描结构和光学系统， 结构简单，故障率低，较易调节。
权利要求1、一种金标条检测系统，包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理单元，其中，所述的标定试纸条表面性质均匀，用于在金标条检测系统对待检金标条进行定量测量前，对其上的照明部件和光信号接收部件进行标定；所述的照明部件用于照射标定试纸条和待测金标条，并在标定试纸条和金标条表面形成高亮度且光强均匀分布的光斑；所述的接收部件为PD阵列，用于感应标定试纸条和待测金标条表面在所述照明部件照射下产生的散射光信号；所述的遮光装置设置在接收部件和标定试纸条或待测金标条之间，遮光装置上设置有透孔，接收部件通过与遮光装置上的透孔相配合，分别对待测金标条上各功能区域和功能区域之外的空白区域、以及标定试纸条上与待测金标条上各区域相对应区域的散射光信号进行采集；所述的信号处理系统主要用于对接收装置采集的散射光信号进行处理和运算，并最终得出金标条上目标被检物的浓度。
2、 如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述遮光装置上的透孔 为矩孔。
3、 如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述遮光装置上设置有 矩孔阵列，该阵列中包含有若干个分别与金标条上的各功能区域和功能 区域之外的空白区域——对应的矩孔，接收部件分别与矩孔阵列中的各 矩孔相配合，实现对待测金标条或标定试纸条上各不同区域散射光信号 的采集。
4、 如权利要求l所述的检测系统，其特征在于，所述待测金标条上的功 能区域包括检测带、质控带，构成所述接收装置的PD阵列中包含一个用 于感应金标条上检测带散射光的PD像元、 一个用于感应金标条上质控带 散射光的PD像元，以及用于感应功能区域之外的空白区域散射光的PD 像元。
5、 如权利要求l所述的检测系统，其特征在于，所述待测金标条上设置 有若干个空白区域，相应地，所述遮光装置上的矩孔阵列中包含有若干 个分别与所述空白区域一一对应的矩孔，所述PD阵列中包含有若干个分 别与所迷若干个空白区域——对应的PDfJL。
6、 如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述照明部件为由LED 发光器件及其驱动电路构成的条形光源。
专利摘要本实用新型公开了一种金标条检测系统，该检测包括标定试纸条、照明部件、遮光装置、光信号接收部件和信号处理单元，其中，标定试用于对系统中对的照明部件和光信号接收部件进行标定，照明部件用于照射标定试纸条和待测金标条，接收用于感应标定试纸条和待测金标条表面产生的散射光信号，遮光装置设置在接收部件和标定试纸条或待测金标条之间，其上设置有透孔，信号处理系统主要用于对接收装置采集的散射光信号进行处理和运算，并最终得出金标条上目标被检物的浓度。与在先技术相比，本实用新型金标条检测系统具有测量速度快，数据处理处理速度快，结构简单，工作可靠性高，易于装校，且成本较低，对操作人员要求低等优点。
文档编号G01N33/558GK201373849SQ200920105710
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者屈建峰, 张友宝, 林 王, 静 王, 颖 陈, 黄惠杰, 黄立华 申请人:中国检验检疫科学研究院;中国科学院上海光学精密机械研究所