一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，包括电源模块、光源驱动模块、光学检测模块、多光谱探测模块、CPU信号处理模块和显示存储和通信模块；光源驱动模块采用电流调制方式对光源进行强度调制，CPU信号处理模块根据不同的试纸条背景光反射调节占空比进行光强调节和补偿；光学检测模块将调制过的光入射到待检测试纸条上，并通过45°接收角将C线和T线反射光或者荧光引导至多光谱探测模块；本发明专利技术采用低成本的Cortex‑M内核单片机完成信号运算和处理，省去了大像素的图像传感器，采用集成滤波片方式，体积小、成本低，采用测量波长与参考波长比率算法提高了系统的测量精度，且能够适用于胶体金试纸条和免疫荧光试纸条两种检测。

【技术实现步骤摘要】
一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置
本专利技术涉及生物医学快速定量检测
，具体为一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置。
技术介绍
荧光免疫层析技术和胶体金技术是医学中常用的两种标记技术。荧光免疫层析技术是将含有待测抗原(抗体)的样品滴在加样区，待测样品中的抗原(抗体)与结合垫中的具有特异激发波长和发射波长的荧光素、稀土材料或量子点材料标记的抗体(抗原)结合并通过毛细作用向前层析，待测样本在T线上与发生固定的抗体(抗原)免疫反应，形成微粒-抗体-抗原-抗体夹心复合物并被固定在T线上，而多余的荧光示踪物继续向前层析，与固定在C控线的二抗免疫结合。反应结束后，通过免疫层析法的竞争法和夹心法测试出被测物的浓度。该方法具有低成本、灵敏度高、特异性强、稳定性好等优点，已经广泛应用于食品安检、临床医学、科学研究中检测抗原、抗体、蛋白、病毒、微生物、药物、重金属、化合物等场合。胶体金技术是以胶体金作为示踪标志物，基于抗原抗体结合反应的一种新型免疫标记技术，具有低成本、灵敏度高、易操作、特异性强、稳定性好等优点，已经广泛应用于食品安检、临床医学、科学研究中检测抗原、抗体、蛋白、病毒、微生物、药物、重金属、化合物等场合。特别是2020年1月以来，随着全球新冠病毒确诊病例爆发式的增长，荧光免疫层析试剂条和胶体金试剂条已经广泛应用于新冠病毒抗体筛查，对核酸法检测起到了有力的辅助诊断和补充作用。目前，对于免疫层析试纸条定量检测主要有以下两种方式：1、基于图像处理算法的检测方法：该方法在一定的光源(如:半导体激光器、白光LED、紫外LED等)的作用下，使得胶体金示踪物反射可见光或荧光材料示踪物激发出荧光等可被检测的信号，采用CCD相机或者CMOS相机获取到免疫层析试剂条图像后，利用先进的图像处理硬件支持平台(如申请号为CN109900894A、CN107255712A及CN105181959A的采用智能手机为控制算法平台，也有CN110596368A和CN208818644U等采用计算机平台)对获取得到的图像进行去噪、图像分割、特征量提取、灰度计算，最后根据标定好的灰度曲线关系实现抗体或抗原浓度的反演。该方法主要依赖于科学光源照明系统、精密光学成像系统设计、相机像素性能、图像处理算法及支持复杂图像处理的处理器平台，一般选择基于DSP处理器或者通用计算机来完成复杂图像处理计算，存在设备成本高、体积大、算法复杂、易受到环境光和杂散光影响等不足。2、基于光学传感器的检测方法：该方法同样需要外部光源(如激光器或LED光源)对胶体金颗粒、荧光素、稀土元素或量子点示踪物进行激发，通过光电传感器或者光热传感器将光强度转换为电压(如公开号为CN109900892A采用光电倍增管，公开号为CN109085352A、CN109752537A、CN109765363A、CN208076398U等采用光敏二极管或光敏电阻)，通过采集、分析这些参数建立抗原抗体浓度与相应电压或者温度参数的定量关系，实现免疫层析试纸的定量检测。该方法可以通过低成本的光电探测器实现高精度的免疫层析定量检测，并且数据处理和运算平台要求低，还通过有线或者无线进行数据互联和共享，可以实现低成本、便携式、高精度的测量。为了提高系统检测的灵敏度和抑制环境光和杂散光的干扰，大多采用了多个凸透镜、多个滤光片及二色镜组成复杂光学系统，光路设计复杂，易受到激发光源、环境光源及背景光等各种光源的干扰，同时采用单一广谱探测器的光强参数进行浓度反演，其检测结果的稳定性和灵敏度方面仍存在一定的问题。基于此，本专利技术设计了一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，以解决上述提到的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，解决了现有免疫层析试纸条定量检测中高成本、复杂光学设计、不易携带、计算复杂、易受到干扰、测量精度低等技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，包括电源模块、光源驱动模块、光学检测模块、多光谱探测模块、CPU信号处理模块和显示存储和通信模块；所述电源模块为光源驱动模块、多光谱探测模块、CPU信号处理模块、显示存储和通信模块供电；所述光源驱动模块采用电流调制方式对光源进行强度调制，所述CPU信号处理模块根据不同的试纸条背景光反射调节占空比进行光强调节和补偿；所述光学检测模块将调制过的光入射到待检测试纸条上，并通过45°接收角将C线和T线反射光引导至多光谱探测模块；所述CPU信号处理模块与光源驱动模块相连，用于产生调制信号，并且获取多光谱探测模块输出信号，对多光谱信号进行数字小波滤波、快速傅里叶变换、特征量提取、浓度反演，同时将结果传送至显示存储和通信模块，进行结果显示、存储以及通信。优选的，所述光源驱动模块为白光光源驱动模块，所述白光光源驱动模块为恒流源驱动模式，采用一定频率的调制信号对恒流源输出进行强度调制，驱动光源出光，调制信号采用方波信号、正弦波信号和三角波信号中的一种，两个独立的光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，光源采用低成本的白光LED。优选的，所述光源驱动模块为激发光源驱动模块，所述的激发光源驱动模块为恒流源驱动模式，采用一定频率的调制信号对恒流源输出进行强度调制，驱动光源出光，调制信号采用方波信号、正弦波信号和三角波信号中的一种，两个独立的激发光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，光源采用波长在300-400nm之间的低成本紫外LED，其发散角为60°。优选的，所述光学检测模块集成了光发射和光反射导光孔，所述光源驱动模块中的两个独立光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，两个反射导光孔分别与入射光成45°。优选的，所述多光谱探测模块由具有多种不同波长增透特性的光电探测器阵列构成，采用中心波长分别为465nm、525nm及615nm，带宽为20nm的滤波片构成的CCD探测阵列，采用每个波长通道均由3个像元构成。优选的，所述CPU信号处理模块为Cortex-M内核单片机STM32F405，所述CPU信号处理模块与光源驱动模块相连，用于产生调制信号，所述CPU信号处理模块获取多光谱探测模块的多光谱输出信号，经过在CPU中经过一系列运算后将结果传送至所述的显示存储和通信模块，进行结果显示、存储以及通信。优选的，所述装置定量检测包括以下步骤：步骤一、插入胶体金试纸条后，启动检测，所述CPU信号处理模块5产生调制信号驱动白光光源驱动模块，调制后的出射光信号入射到胶体金试剂条的C线和T线，反射光信号被多光谱探测模块转换为数字信号，最后由CPU读取到内部进行运算；步骤二、首先在MATLAB中对多光谱信号进行模拟软阈值滤波处理，优化滤波器好参数后，将系数保存在CPU的内部，其次，将获取得到的多光谱信号与优化好的小波滤波系数做分块卷积运算，得到滤波后多光谱数据，小波滤波算法可以有效去除光源噪声和探测器噪声，提高探测灵敏度，分块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：包括电源模块(1)、光源驱动模块(2)、光学检测模块(3)、多光谱探测模块(4)、CPU信号处理模块(5)和显示存储和通信模块(6)；/n所述电源模块(1)为光源驱动模块(2)、多光谱探测模块(4)、CPU信号处理模块(5)、显示存储和通信模块(6)供电；/n所述光源驱动模块(2)采用电流调制方式对光源进行强度调制，所述CPU信号处理模块(5)根据不同的试纸条背景光反射调节占空比进行光强调节和补偿；/n所述光学检测模块(3)将调制过的光入射到待检测试纸条上，并通过45°接收角将C线和T线反射光或荧光引导至多光谱探测模块(4)；/n所述CPU信号处理模块(5)与光源驱动模块(2)相连，用于产生调制信号，并且获取多光谱探测模块(4)输出信号，对多光谱信号进行数字小波滤波、快速傅里叶变换、特征量提取、浓度反演，同时将结果传送至显示存储和通信模块(6)，进行结果显示、存储以及通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：包括电源模块(1)、光源驱动模块(2)、光学检测模块(3)、多光谱探测模块(4)、CPU信号处理模块(5)和显示存储和通信模块(6)；
所述电源模块(1)为光源驱动模块(2)、多光谱探测模块(4)、CPU信号处理模块(5)、显示存储和通信模块(6)供电；
所述光源驱动模块(2)采用电流调制方式对光源进行强度调制，所述CPU信号处理模块(5)根据不同的试纸条背景光反射调节占空比进行光强调节和补偿；
所述光学检测模块(3)将调制过的光入射到待检测试纸条上，并通过45°接收角将C线和T线反射光或荧光引导至多光谱探测模块(4)；
所述CPU信号处理模块(5)与光源驱动模块(2)相连，用于产生调制信号，并且获取多光谱探测模块(4)输出信号，对多光谱信号进行数字小波滤波、快速傅里叶变换、特征量提取、浓度反演，同时将结果传送至显示存储和通信模块(6)，进行结果显示、存储以及通信。


2.根据权利要求1所述的一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：所述光源驱动模块(2)为白光光源驱动模块，所述白光光源驱动模块为恒流源驱动模式，采用一定频率的调制信号对恒流源输出进行强度调制，驱动光源出光，调制信号采用方波信号、正弦波信号和三角波信号中的一种，两个独立的光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，光源采用低成本的白光LED。


3.根据权利要求1所述的一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：所述光源驱动模块(2)为激发光源驱动模块，所述的激发光源驱动模块为恒流源驱动模式，采用一定频率的调制信号对恒流源输出进行强度调制，驱动光源出光，调制信号采用方波信号、正弦波信号和三角波信号中的一种，两个独立的激发光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，光源采用波长在300-400nm之间的低成本紫外LED，其发散角为60°。


4.根据权利要求1所述的一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：所述光学检测模块(3)集成了光发射和光反射导光孔，所述光源驱动模块(2)中的两个独立光源垂直安装在待检测试纸条的C线和T线正上方，两个反射导光孔分别与入射光成45°。


5.根据权利要求1所述的一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：所述多光谱探测模块(4)由具有多种不同波长增透特性的光电探测器阵列构成，采用中心波长分别为465nm、525nm及615nm，带宽为20nm的滤波片构成的CCD探测阵列，采用每个波长通道均由3个像元构成。


6.根据权利要求1所述的一种多光谱调制的便携式免疫层析试纸条定量检测装置，其特征在于：所述CPU信号处理模块(5)为Cortex-M内核单片机STM32F405，所述CPU信号处理模块(5)与光源驱动模块(2)相连，用于产生调制信号，所述CPU信号处理模块(5)获取多光谱探测模块(4)的多光谱输出信号，经过在CPU中经过一系列运算后将结果传送至所述的显示存储和通信模块(6)，进行结果显示、存储以及通信。


7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种多...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武，尚建平，
申请(专利权)人：山西瑞豪生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14