一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置与方法。电源模块放置于箱体底部，架空支架位于电源模块上方并且固定于箱体底部，控制电路板位于架空支架上并与电源模块通过导线电气连接，光源汇聚块位于控制电路板上并通过连接铜柱螺栓与控制电路板和架空支架的四个角固定连接，多光谱相机模块位于控制电路板上且位于光源汇聚块内部，试管放置台通过箱体内壁的工型槽固定于箱体内顶面。本发明专利技术针对常用量子点荧光标记定量检测生化样品的方法，提出以多光谱相机作为荧光信号采集器件，并设计相应仪器装置，实现了多目标多样品的同时检测，同时实现了检测过程的自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置与方法
本专利技术涉及生化样品检测仪器领域，尤其是涉及了一种结合量子点荧光标记方法与多光谱相机实现多目标多样品用于生化检测的装置与方法。
技术介绍
在生化检测领域，基于光学原理的方法占据了重要位置。迄今为止，已有大量使用吸收、散射、表面等离子体共振、荧光等多种光学方法用于对蛋白质、核酸等生物目标检测的文献发表，表现出了相比于其他方法的独有特点。其中，基于荧光的检测方法具有灵敏度高、特异性好以及检测快速等优点，据报道有优于其他方法的检测限。然而这种方法的检测效果极大的依赖所使用的荧光素的性质，传统的有机荧光染料由于荧光寿命较短和激发光发射光之间的距离过近造成的互相干扰，使得荧光检测方法一直对检测装置有极高的性能要求，这也使得该种检测方法的成本居高不下。量子点作为一种新兴的荧光标记材料，有许多突出优点。首先，这种材料的发射光具有尺寸相关的特性，即可以通过人工调制合成时的尺寸，改变发射光的波长；其次，量子点往往具有较大的斯托克斯位移，即激发光与发射光之间的波长距离较大，不易互相干扰；另外，量子点具有较宽的激发光谱和较窄的发射光谱，这种特性使得利用单一激发光源激发多种不同发射波长量子点然后同时进行检测，也就是多种目标物的同时检测成为可能；最后，量子点有大大超过传统有机荧光染料的荧光寿命与量子效率，对于检测装置的性能要求大大降低。广泛应用于生化实验室的荧光检测仪器，以荧光仪、酶标仪为代表。这些装置针对实验室应用设计，体积庞大，价格高昂。得益于量子点较高的量子效率，Xu等(2015)使用微型光谱仪对量子点标记的四种食源性病菌进行荧光检测，在光学检测上避免了运动部件的使用，最后取得较好结果。Wang等(2016)随后基于此完成一种基于量子点荧光标记的便携式生化快速检测系统的设计。然而该系统体积仍然较大，且需要使用电机实现检测样品的切换，容易引入新的系统误差，在野外运输现场使用时存在可靠性隐患。综上，现有的针对量子点荧光标记的便携式检测装置仍然相对匮乏。传统荧光检测装置一般用于实验室用途，体积大造价高；现有的新设计检测装置，由于运动部件的存在，整体体积、质量仍然较大，耗电量较高，且在搬运过程中有可靠性隐患，对于现场使用仍然较为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于针对现有技术的不足，提供一种使用多光谱相机作为检测装置，以量子点为标记物，基于荧光分析方法，结合机械电子与软件控制技术，实现多目标多样品同时检测的便携式装置与检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案主要包含：一、一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置：装置包括箱体和安装在箱体内的电源模块、架空支架、控制电路板、光源汇聚块、多光谱相机模块和试管放置台，电源模块放置于箱体底部，架空支架位于电源模块上方并且固定于箱体底部，控制电路板位于架空支架上并与电源模块通过导线电气连接，光源汇聚块位于控制电路板上并通过连接铜柱螺栓与控制电路板和架空支架的四个角固定连接，多光谱相机模块位于控制电路板上且位于光源汇聚块内部，试管放置台通过箱体内壁的工型槽固定于箱体内顶面。所述控制电路板上设有主控模块、光源模块、相机控制模块、通讯模块和电路板定位孔；主控模块分别与光源模块、相机控制模块和通讯模块电气连接，相机控制模块布置于贯穿通孔的中心，光源模块主要由若干颗均匀排布于相机控制模块周围的LED灯珠组成，光源模块中的LED灯珠固定于控制电路板顶面，电路板定位孔布置在控制电路板的四角；所述光源汇聚块上设有相机通孔、光源通孔、光源汇聚透镜和光源汇聚块定位孔；光源汇聚块中心设有用于放置多光谱相机模块的贯穿通孔作为相机通孔，多光谱相机模块的几何中心置于贯穿通孔中且底部置于控制电路板上，多光谱相机模块的几何中心和贯穿通孔的圆心重合；所述光源通孔均匀排布开设于所述相机通孔周围的光源汇聚块上，每个光源通孔顶部安装有光源汇聚透镜，底部安装光源模块；所述光源汇聚块定位孔开设于所述光源汇聚块四角；所述多光谱相机模块包括相机模块连接插件、多光谱相机和相机镜头；相机镜头安装在多光谱相机顶端，相机镜头朝向正上方，多光谱相机与相机镜头电气连接组成完整的图像采集设备，多光谱相机经相机模块连接插件和控制电路板电气连接。所述的箱体的顶面设置试管放置台，试管放置台由若干个均匀分布的试管放置位组成，用于检测时放置盛有待测样品的试管。所述的架空支架和电源模块之间留有空隙。所述的箱体为黑箱结构，使得外部光不透过进入箱体内部。所述通讯模块包括Wi-Fi、蓝牙等无线通讯器件，用于所述检测装置与用户端，例如智能手机、云端服务器等进行命令收发与数据交换。所述多光谱相机对若干光谱波段同时具有较高感应灵敏度，可根据检测目标物的不同，换用对应响应波段型号的相机。所述相机镜头同样可根据实际应用，换用不同焦距、光圈等性能参数的型号。不同型号的所述多光谱相机与所述相机镜头互相配合，使得拍摄得到的图像能完整覆盖所述试管放置台中所有所述试管内的待测样品且待测样品的图像质量足够，同时标记于所有待测样品中的所有待测目标物上的所有不同量子点所发出的不同光谱波段的荧光均能被多光谱相机高效率的感应。据此实现多样品多目标物的同时检测。所述箱体由遮光材料组成，减少环境光照条件变化对于荧光图像质量的影响。所述试管放置台的试管放置位、安装于所述光源汇聚块的光源通孔顶端的光源汇聚透镜、与所述控制电路板的光源模块中的LED灯珠，三者几何中心在竖直方向上重合。二、一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测方法，包括以下过程：(1)配置待测样品，使用若干种不同发射波长的量子点标记相同的目标物配置成不同待测样品，将待测样品分别置于若干只所述试管中，再放入所述试管放置台的所述试管放置位中，然后将所述试管放置台放入所述检测装置中；所述的目标物包括细胞、细菌、蛋白质对象等。(2)启动光源模块，光源模块中的各个LED灯珠发出激发光，光线通过光源汇聚块顶部的光源汇聚透镜的汇聚作用后，照射到试管，激发其中待测样品的量子点发出荧光；(3)主控模块控制相机控制模块驱动多光谱相机模块动作，拍摄采集所述试管放置台中所有待测样品中被激发的荧光图像，并存储于主控模块；(4)主控模块中对采集所得的荧光图像行图像处理，计算得到各个待测样品中目标物的浓度值。所述步骤(4)具体过程为：(4.1)感兴趣区域获取先将原始图片转化为灰度图，接着进行中值和高斯滤波处理以滤除干扰噪声，再使用霍夫圆变换检测出各个所述试管所在的图像区域；利用所得图像区域分割原始图片，提取出仅含有试管底部被光源模块激发后的荧光图像部分，并编号分别对应单只试管的荧光图像；(4.2)感兴趣波段图像分割根据所述试管所盛有待测样品中所使用的量子点的发光波长的不同，选取多光谱相机中特定波段图像进行处理：对于步骤(4.1)得到的单只试管的荧光图像部分，所盛有的待测样品中有若干种不同发射波长的量子点，发射波长分别记为L1、L2、L3；对于每个发射波长的量子点，从所述多光谱相机的响应光谱波段范围中，选取与发射波长L最邻近的三个中心波长DA、DB、DC对应的波段进行图像采集，将这三条波段对应采集的三幅图像传送至主控模块进行后续处理；(4.3)目标荧光强度值计算对于步骤(4.2)中得到的每个发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：包括箱体和安装在箱体内的电源模块(1)、架空支架(2)、控制电路板(3)、光源汇聚块(4)、多光谱相机模块(5)和试管放置台(6)，电源模块(1)放置于箱体底部，架空支架(2)位于电源模块(1)上方并且固定于箱体底部，控制电路板(3)位于架空支架(2)上并与电源模块(1)通过导线电气连接，光源汇聚块(4)位于控制电路板(3)上并通过连接铜柱螺栓与控制电路板(3)和架空支架(2)的四个角固定连接，多光谱相机模块(5)位于控制电路板(3)上且位于光源汇聚块(4)内部，试管放置台(6)通过箱体内壁的工型槽固定于箱体内顶面。

【技术特征摘要】
1.一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：包括箱体和安装在箱体内的电源模块(1)、架空支架(2)、控制电路板(3)、光源汇聚块(4)、多光谱相机模块(5)和试管放置台(6)，电源模块(1)放置于箱体底部，架空支架(2)位于电源模块(1)上方并且固定于箱体底部，控制电路板(3)位于架空支架(2)上并与电源模块(1)通过导线电气连接，光源汇聚块(4)位于控制电路板(3)上并通过连接铜柱螺栓与控制电路板(3)和架空支架(2)的四个角固定连接，多光谱相机模块(5)位于控制电路板(3)上且位于光源汇聚块(4)内部，试管放置台(6)通过箱体内壁的工型槽固定于箱体内顶面。2.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：所述控制电路板(3)上设有主控模块(301)、光源模块(302)、相机控制模块(303)、通讯模块(304)和电路板定位孔(305)；主控模块(301)分别与光源模块(302)、相机控制模块(303)和通讯模块(304)电气连接，相机控制模块(303)布置于贯穿通孔的中心，光源模块(302)主要由若干颗均匀排布于相机控制模块(303)周围的LED灯珠组成，光源模块(302)中的LED灯珠固定于控制电路板(3)顶面，电路板定位孔(305)布置在控制电路板(3)的四角；所述光源汇聚块(4)上设有相机通孔(401)、光源通孔(402)、光源汇聚透镜(403)和光源汇聚块定位孔(404)；光源汇聚块(4)中心设有用于放置多光谱相机模块(5)的贯穿通孔作为相机通孔(401)，多光谱相机模块(5)的几何中心置于贯穿通孔中且底部置于控制电路板(3)上，多光谱相机模块(5)的几何中心和贯穿通孔的圆心重合；所述光源通孔(402)均匀排布开设于所述相机通孔(401)周围的光源汇聚块(4)上，每个光源通孔(402)顶部安装有光源汇聚透镜(403)，底部安装光源模块(302)；所述光源汇聚块定位孔(404)开设于所述光源汇聚块(4)四角；所述多光谱相机模块(5)包括相机模块连接插件(501)、多光谱相机(502)和相机镜头(503)；相机镜头(503)安装在多光谱相机(502)顶端，相机镜头(503)朝向正上方，多光谱相机(502)与相机镜头(503)电气连接组成完整的图像采集设备，多光谱相机(502)经相机模块连接插件(501)和控制电路板(3)电气连接。3.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：所述的箱体的顶面设置试管放置台(6)，试管放置台(6)由若干个均匀分布的试管放置位(601)组成，用于检测时放置盛有待测样品的试管(602)。4.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：所述的架空支架(2)和电源模块(1)之间留有空隙。5.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：所述的箱体为黑箱结构，使得外部光不透过进入箱体内部。6.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与多光谱相机的高通量检测装置，其特征在于：所述通讯模块(304)包括Wi-Fi、蓝牙等无线通讯器件，用于所述检测装置与用户端，例如智能手机、云端服务器等进行命令收发与数据交换。7.根据权利要求1所述的一种结合量子点荧光与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑平，陆湛，郦超杰，李延斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33