CN109307767A - 一种干式荧光免疫分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干式荧光免疫分析仪，包括以下部分：条码扫描模块，光学检测模块，电机传动模块，储处理模块，控制模块，显示模块。本发明进一步提供了一种干式荧光免疫分析仪的使用方法。本发明提供的一种干式荧光免疫分析仪，解决当下试纸厂商对荧光层析试纸进行精确定量检测的迫切需求，操作简便、体积小、便携式，可在疾病检测、医疗保健、疫情监测、食品检验检疫等多个领域广泛应用。

Description

一种干式荧光免疫分析仪

技术领域

本发明属于分析检测设备技术领域，涉及一种干式荧光免疫分析仪。

背景技术

随着免疫分析技术的飞速发展，无论是疾病疫情(SARS、禽流感等)的预测，食品中有毒有害物质(瘦肉精等)的检测，还是人体内功能因子的分析，都促使检验仪器、试剂向检测快速，操作方便，结果“即时即地”可得的所谓即时检测(POCT)方向发展。POCT是一种快速检测分析技术，具有检测快速、成本低、效率高等优点。近年来，POCT(快速诊断)***凭借简单、快捷和低成本等优势在临床获得广泛的应用，成为体外诊断(IVD)行业重要的发展方向和增长最快的领域。由于POCT仪器便携、操作简便、结果及时准确等一系列优点，POCT产品的应用极为广泛。从检测项目来看，现主要集中在血糖检测、血气和电解质分析、快速血凝检测、心脏标志物快速诊断、药物滥用筛检、尿液分析、干式生化检测、怀孕测试、粪便潜血血液分析、食品病原体筛查、血红蛋白检测、传染病检测、甘油三酯和胆固醇等血脂项目的检测等13大项目。POCT(快速诊断)也是《医疗器械科技产业“十二五”专项规划》重点发展方向，受到各级政府大力支持。荧光免疫层析***因其操作简单、速度快、稳定性好、灵敏度高、成本低等优点得到了临床的追捧，成为近期发展最快的POCT***。

免疫试纸条目前主要依靠定性判断，容易受人为因素的干扰，且灵敏度低，而且检测结果不便保存，不便于追踪调查和历史记录，应用范围受到很大限制。当慢性病人需要长期检测生理指标时，定性判断也不能给出该指标试实际的动态过程。因此，精确、高效、简便、经济的荧光定量检测仪对人体健康、食品安全具有重要的价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干式荧光免疫分析仪，用于解决现有技术中缺乏对荧光层析试纸进行精确定量检测的仪器的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种干式荧光免疫分析仪，包括以下部分：

条码扫描模块，用于放置试纸条；

光学检测模块，用于发射荧光检测试纸条并接收试纸条激发的荧光信号，将荧光信号转换成数据信号输出；

电机传动模块，用于带动所述光学检测模块对所述条码扫描模块中的试纸条进行逐行扫描发射荧光；

存储处理模块，用于接收所述光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据；

控制模块，用于发送控制指令驱动所述光学检测模块、电机传动模块、存储处理模块的运行；

显示模块，用于显示所述存储处理模块输出的检测数据。

优选地，所述条码扫描模块包括有试剂条室和编码室，所述编码室沿接收荧光照射方向位于所述试剂条室的前端，所述试剂条室用于放置试剂条，所述编码室用于放置编码条。所述条码扫描模块用于检测试纸条并读取试纸条的编码条，区别试纸条的检测项目。

更优选地，所述编码条包括有批次编码、个数编码，所述批次编码和个数编码依次排列，所述批次编码和个数编码能够有效识别样品的批次和编号数。

优选地，所述光学检测模块，包括以下部分：

光学单元，包括激发光源和接收器，所述激发光源用于发射荧光照射在试纸条上，所述接收器用于接收试纸条激发出来的荧光信号；

电子单元，包括光电转换电路、滤波放大电路、调制电路、解调方波和模数转换器，所述光电转换电路用于将荧光信号转换成电压信号，所述滤波放大电路用于调理放大电压信号，所述调制电路用于将电压信号调制成交流信号，所述解调方波用于将交流信号转换成荧光信号，所述模数转换器用于将荧光信号转换成数字信号。

更优选地，所述激发光源为发光二极管。进一步优选地，所述发光二极管为紫外LED灯。所述紫外LED灯具有发光高性能、高稳定性。

更优选地，所述激发光源的波长为600-650nm。进一步优选地，所述激光光源的波长为630nm。

更优选地，所述激发光源外设有滤光片，所述滤光片用于调理光源，避免杂散光无法通过滤光片照射在试纸条上。所述滤光片为高透光窄带滤光片。

更优选地，所述接收器为光电二极管。进一步优选地，所述光电二极管为HAMAMASTU检测光电二极管。

更优选地，所述光电转换电路、滤波放大电路、调制电路、解调方波和模数转换器均为常规的电子元件，均可从市场上购买获得。

优选地，所述电机传动模块为常规的在电机驱动下的机械传动装置。

优选地，所述存储处理模块为基于CORTEX-M3架构的高性能32位ARM处理器。所述存储处理模块内部集成实时时钟、液晶显示、SPI、USB驱动控制等模块，在满足荧光信号处理分析的同时，也有效降低了硬件设计的复杂性，更好的提升了***的稳定性。处理完成后的数据，存储在***集成的FLASH存储模块上，保证大量数据结果存储和可靠性。

优选地，所述存储处理模块内置有打印输出单元。所述打印输出单元为打印机。可供用户进行检测结果打印。

优选地，所述存储处理模块外接有扫描输入单元。所述扫描输入单元为扫描枪或ID卡插口。可供用户进行病人样本ID录入。

优选地，所述控制模块为单片机。所述控制模块可能有效控制光学检测模块、电机传动模块、存储处理模块、显示模块的运行。所述控制模块能够合理的调度使用光学检测模块、电机传动模块、存储处理模块，使各模块正常配合工作，保证了仪器整体具体高精度、高稳定性、操作简单、功能强大等特点，为免疫荧光的定量检测提供可靠的结果。

优选地，所述控制模块外接有电源适配器。所述电源适配器用于提供电源。

更优选地，所述电源适配器的电源电压：AC100V～240V，电源频率：50Hz/60Hz。

优选地，所述显示模块为触摸液晶显示屏。所述显示模块保证了显示结果的清晰，同时具有触摸屏功能，用户可以控制仪器的工作，并显示检测结果，保证了更换的人机交互体验，使使用者能更迅速的熟悉仪器的使用操作。

本发明第二方面提供一种干式荧光免疫分析仪的使用方法，包括以下步骤：

1)将含检测样品的试剂条放入条码扫描模块中，通过控制模块控制电机传动模块带动光学检测模块对试纸条进行逐行扫描发射荧光；

2)条码扫描模块中的试剂条接收荧光照射后激发出荧光信号，通过光学检测模块接收并转换成数据信号输出；

3)通过控制模块控制存储处理模块接收光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据至显示模块显示。

优选地，所述干式荧光免疫分析仪的工作温度范围为5～40℃。进一步优选地，所述干式荧光免疫分析仪的工作温度范围为20～28℃。

优选地，所述干式荧光免疫分析仪的工作温度低于31℃时最大相对湿度为80％，工作温度高于35℃时相对湿度线性降到为50％。

优选地，所述干式荧光免疫分析仪的大气压力为86kPa～106kPa(海拔高度不超过2000M)。

所述干式荧光免疫分析仪应置于干燥、清洁、平坦的水平表面，避免阳光直射和机械颤动及强烈电磁场干扰，同时应无强磁场、强振动、强冲击、无强腐蚀性气体，避免日光直接照射，不要在过潮湿或者温差过大的环境下工作。应在仪器的周边留出足够的空间以保证空气流通。

如上所述，本发明提供的一种干式荧光免疫分析仪，是在研究荧光免疫层析试剂条单色光作用规律的基础上，研制设计的一款基于光电检测原理的免疫荧光检测***，荧光物质在激发光源激发下，会产生稳定光强的荧光信号，通过检测该荧光信号幅值，可以进行定量检测分析。具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种干式荧光免疫分析仪，可以适配不同尺寸的检测试剂条，对待检测样品进行定性、半定量、定量检测，解决当下试纸厂商对荧光层析试纸进行精确定量检测的迫切需求，用于临床免疫初筛、辅助临床诊断，可在疾病检测、医疗保健、疫情监测、食品检验检疫等多个领域广泛应用。

(2)本发明提供的一种干式荧光免疫分析仪，操作简便、体积小、便携式，适用于对人类血液、尿液、唾液和***分泌物等体液样本中各种分析物进行检测，该仪器不和人体直接接触，无任何禁忌症。

(3)本发明提供的一种干式荧光免疫分析仪，检测快速、准确、精密度高，检测数据可存可读、自动化程度高，满足了小型化需求成本低，可用于临床众多项目的检测，仪器整机重量仅1.5kg，尺寸仅420mm*240mm*210mm。干式荧光免疫分析仪采用彩色触摸液晶屏提供良好的人机交互方式，并提供了警告提示、蜂鸣器提示等功能，确保操作人员在使用过程中，简单快速且尽量不出现误操作。

附图说明

图1显示为本发明的一种干式荧光免疫分析仪的工作原理示意图。

图2显示为本发明的一种干式荧光免疫分析仪的组成结构流程图。

图3显示为本发明的一种干式荧光免疫分析仪的线性相关性曲线示意图。

图4显示为本发明中两种仪器对C反应蛋白检测的相关性曲线示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-2所示，本发明提供一种干式荧光免疫分析仪，包括以下部分：

条码扫描模块，用于放置试纸条；

光学检测模块，用于发射荧光检测试纸条并接收试纸条激发的荧光信号，将荧光信号转换成数据信号输出；

电机传动模块，用于带动所述光学检测模块对所述条码扫描模块中的试纸条进行逐行扫描发射荧光；

存储处理模块，用于接收所述光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据；

控制模块，用于发送控制指令驱动所述光学检测模块、电机传动模块、存储处理模块的运行；

显示模块，用于显示所述存储处理模块输出的检测数据。

其中，所述条码扫描模块包括有试剂条室和编码室，所述试剂条室用于放置试剂条，所述编码室用于放置编码条。所述条码扫描模块用于检测试纸条并读取试纸条的编码条，区别试纸条的检测项目。所述编码条包括有批次编码、个数编码，所述批次编码和个数编码依次排列，所述批次编码和个数编码能够有效识别样品的批次和编号数。

如图2所示，所述光学检测模块，包括以下部分：

光学单元，包括激发光源和接收器，所述激发光源用于发射荧光照射在试纸条上，所述接收器用于接收试纸条激发出来的荧光信号；

电子单元，包括光电转换电路、滤波放大电路、调制电路、解调方波和模数转换器，所述光电转换电路用于将荧光信号转换成电压信号，所述滤波放大电路用于调理放大电压信号，所述调制电路用于将电压信号调制成交流信号，所述解调方波用于将交流信号转换成荧光信号，所述模数转换器用于将荧光信号转换成数字信号。

进一步地，所述激发光源为发光二极管，所述发光二极管为紫外LED灯。所述激发光源的波长为600-650nm，优选为630nm。

进一步地，所述激发光源外设有滤光片，所述滤光片为高透光窄带滤光片。所述滤光片用于调理光源，避免杂散光无法通过滤光片照射在试纸条上。

进一步地，所述接收器为光电二极管，所述光电二极管为HAMAMASTU检测光电二极管。所述光电转换电路、滤波放大电路、调制电路、解调方波和模数转换器均为常规的电子元件，均可从市场上购买获得。所述电机传动模块为常规的机械传动装置。

如图2所示，所述存储处理模块为基于CORTEX-M3架构的高性能32位ARM处理器。所述存储处理模块内置有打印输出单元。所述打印输出单元为打印机。所述存储处理模块外接有扫描输入单元。所述扫描输入单元为扫描枪。所述控制模块为单片机。所述控制模块外接有电源适配器。所述显示模块为触摸液晶显示屏。

如图2所示，一种干式荧光免疫分析仪的使用方法，包括以下步骤：

(1)将含检测样品的试剂条放入条码扫描模块中，通过控制模块控制电机传动模块带动光学检测模块对试纸条进行逐行扫描发射荧光；

(2)条码扫描模块中的试剂条接收荧光照射后激发出荧光信号，通过光学检测模块接收并转换成数据信号输出；

(3)通过控制模块控制存储处理模块接收光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据至显示模块显示。

为了满足定量检测的需要，仪器在设计的时候，确定的主要性能指标包括外观、重复性、线性相关性、稳定性、准确性、灵敏度等。

采用自制荧光质控卡，编号分别为C1、C2、C3、C4、C5、C6。用购自Diage的近红外荧光素(DCF)，用稀释液(即0.05M、pH7.2的1％BSA的PBS)分别配制成1)0pmol/ml；2)1pmol/ml；3)20pmol/ml；4)200pmol/ml；5)600pmol/ml；6)1000pmol/ml共6个梯度，使用配套试剂盒的生产设备相同喷膜工艺喷点到硝酸纤维素膜上，干燥密封制备而成。

实施例1外观

对本发明中制备的一种干式荧光免疫分析仪的外观，用正常或矫正视力观察以及用手感检查，发现其外观平整、无锋棱、毛刺；各调节按钮、按键和开关均能正常工作，连接线的接插件应接触良好；阅读器应正常工作，数字显示清晰、完整。

实施例2重复性

重复性考察的是平行数次测定同一份样品结果之间的符合程度。

要求：仪器重复测量的变异系数CV≤5％。

方法：取C3、C5质控卡做为测试样品，各重复测试10次，对其结果求变异系数CV应小于5％。

式中：

S＝样品测试值的标准差

＝样品测试值的平均值。

试验结果见表1、2。

表1：重复性试验结果表

	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次	第6次	第7次	第8次	第9次	第10次
											C3	20.59	20.35	20.42	20.46	20.47	20.54	20.38	20.64	20.48	20.65
C5	614.97	614.43	613.64	615.47	610.98	612.14	606.58	610.27	609.94	610.34

表2：结果显示

	C3	C5
			均值	20.498	611.876
标准差	0.104329	2.783504
			变异系数	0.51％	0.45％

重复性试验结果表明，仪器各浓度荧光质控卡的检测重复性的CV值均远小于5％，符合产品技术要求的内容。

实施例3线性

线性是指不同浓度的标定值与测定值之间的线性相关程度。

要求：用C2、C3、C4、C5、C6共5个梯度的不同荧光素浓度的荧光质控卡分别作测试样本，各测定1次，将实测值和与其对应的一组标定值X之间，用线性回归分析方法计算线性回归系数a(斜率)和b(截距)，然后计算回归值Y#＝aX+b,其线性相关系数R≥0.99。质控品的组成：P1为CRP的20mg/L阳性质控品，C1-C6荧光质控卡，结果见表3。

表3

编号	组成及配制	数量
			P1	20mg/L CRP	0.5ml/支
C1	0pmol/ml荧光素	1
			C2	1pmol/ml荧光素	1
C3	20pmol/ml荧光素	1
			C4	200pmol/ml荧光素	1
C5	600pmol/ml荧光素	1
			C6	1000pmol/ml荧光素	1

试验方法：仪器对各质控卡各检测一次，以检测的结果对质控卡的标定值拟合线性方程，计算线性相关系数。试验结果见表4、图3。

表4：线性试验结果表

	标定值(pmol/ml)	实测值(pmol/ml)
			C2	1	1.15
C3	20	20.61
			C4	200	192.26
C5	600	618.02
			C6	1000	1008.51

由实验结果可知，线性回归方程是Y＝1.0145X-1.3595

结论：仪器对质控卡检测的线性相关系数R＝0.99985≥0.99，符合产品技术要求的内容。

实施例4稳定性

稳定性用间隔一定的时间多次测定同一份样品检测结果求最大相对偏倚值表示。主要考察仪器检测的稳定性。

要求：用C4荧光质控卡做测试样本，重复测试5次，计算测定结果的平均值，过2h，4h后分别再上机重复测试5次，每隔1分钟测一次，以第一次的测试结果作为基准值，按下面公式计算相对偏倚(a，％)。

式中：

＝第2h、第4h测定值的均值；

＝初始测定值的均值

试验结果见表5。

表5：稳定性试验结果表

	1	2	3	4	5	均值
							0h	191.05	189.27	191.03	190.59	190.64	190.516
2h	189.45	189.69	190.60	190.07	191.30	190.222
							4h	189.84	189.67	188.81	191.22	189.90	189.888

由实验结果可得：2h时的相对偏倚：a＝(190.222-190.516)/190.516＝-0.15％

4h时的相对偏倚：a＝(189.888-190.516)/190.516＝-0.33％

结论：仪器对质控卡检测的最大相对相对偏倚均小于5％，符合产品技术要求的内容。

实施例5准确性

要求：分析仪项目检测结果的准确性相对偏差≤15.0％。

试验方法：分析仪对20mg/L的C反应蛋白(CRP)质控品检测5人份配套试剂，5次测定结果平均值与质控品给定的靶值相比，计算相对偏差。

试验结果见表6。

表6：准确性试验结果表

测量次数	1	2	3	4	5	平均值
							吉宣试剂盒	21.05	21.10	20.07	19.92	18.99	20.226
江西金宣试剂盒	20.53	22.01	19.21	19.03	21.13	20.382

结果表明：吉宣试剂盒：相对偏差＝(20.226-20)/20＝1.13％

江西金宣试剂盒：相对偏差＝(20.382-20)/20＝1.91％

结论：仪器对各配套试剂的准确性的相对偏差≤15.0％，符合产品技术要求的内容。

实施例6灵敏度

方法：用C1荧光质控卡检测，重复测定10次，测出其平均浓度值S₀和标准差SD，按公式：

最低检测限＝S₀+2SD

计算最低检测限。

要求：分析仪对荧光物质的检测限应不高于1.0pmol/ml。

试验结果见表7。

表7：临床项目的灵敏度试验结果表

检测序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											检测结果	0.54	0.58	0.51	0.51	0.55	0.56	0.56	0.45	0.68	0.64

均值 0.558

标准差 0.065625

可得，最低检测限＝均值+2标准差＝0.68925pmol/ml≤1.0pmol/ml。

结论：分析仪对荧光质控卡的检测限小于1.0pmol/ml,符合产品技术要求的内容。

实施例8临床样本对比试验

目的：评价上海吉宣生物工程科技有限公司的干式荧光免疫分析仪对临床项目的检测诊断灵敏度、特异性、符合率；干式荧光免疫分析仪和对比仪器对临床项目检测结果的线性相关性。

试验方法：收集来源于江西、安徽等地临床血液样本117份(见附表)，对比仪器为上海凯创的已批准上市的KD-I金标读数仪。干式荧光免疫分析仪和KD-I金标读数仪配套检测试剂分别为我公司生产的全程C-反应蛋白(hsCRP+常规CRP)检测试剂盒(干式免疫荧光法)和上海凯创生产的C反应蛋白(CRP)检测试剂盒(胶体金法)。

每份血液样本分别用干式荧光免疫分析仪和KD-I金标读数仪对比平行检测血液中的C反应蛋白的含量。试验结果见表8、图4。

表8：两种仪器对C反应蛋白(CRP)检测符合性结果

干式免疫荧光仪和金标仪相比：

阳性符合率＝40/(40+0)×100％＝100％

阴性符合率＝77/(0+77)×100％＝100％

总符合率＝(40+77)/(40+0+0+77)×100％＝100

结论：干式免疫荧光仪对C反应蛋白(CRP)检测与KD-I金标读数仪相比较灵敏度为100％，特异度100％，符合率为100％；两种仪器对C反应蛋白(CRP)项目线性回归方程：Y＝1.0491X-0.1275，相关系数r＝0.9979>95％，P<0.05，两种仪器检测***对全程C-反应蛋白项目检测结果线性相关。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，包括以下部分：

条码扫描模块，用于放置试纸条；

光学检测模块，用于发射荧光检测试纸条并接收试纸条激发的荧光信号，将荧光信号转换成数据信号输出；

电机传动模块，用于带动所述光学检测模块对所述条码扫描模块中的试纸条进行逐行扫描发射荧光；

存储处理模块，用于接收所述光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据；

控制模块，用于发送控制指令驱动所述光学检测模块、电机传动模块、存储处理模块的运行；

显示模块，用于显示所述存储处理模块输出的检测数据。

2.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述条码扫描模块包括有试剂条室和编码室，所述编码室沿接收荧光照射方向位于所述试剂条室的前端，所述试剂条室用于放置试剂条，所述编码室用于放置编码条。

3.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述光学检测模块，包括以下部分：

光学单元，包括激发光源和接收器，所述激发光源用于发射荧光照射在试纸条上，所述接收器用于接收试纸条激发出来的荧光信号；

电子单元，包括光电转换电路、滤波放大电路、调制电路、解调方波和模数转换器，所述光电转换电路用于将荧光信号转换成电压信号，所述滤波放大电路用于调理放大电压信号，所述调制电路用于将电压信号调制成交流信号，所述解调方波用于将交流信号转换成荧光信号，所述模数转换器用于将荧光信号转换成数字信号。

4.根据权利要求3所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述激发光源为发光二极管；所述激发光源的波长为600-650nm。

5.根据权利要求3所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述接收器为光电二极管。

6.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述存储处理模块内置有打印输出单元。

7.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述存储处理模块外接有扫描输入单元。

8.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述控制模块为单片机；所述控制模块外接有电源适配器。

9.根据权利要求1所述的一种干式荧光免疫分析仪，其特征在于，所述显示模块为触摸液晶显示屏。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种干式荧光免疫分析仪的使用方法，包括以下步骤：

1)将含检测样品的试剂条放入条码扫描模块中，通过控制模块控制电机传动模块带动光学检测模块对试纸条进行逐行扫描发射荧光；

2)条码扫描模块中的试剂条接收荧光照射后激发出荧光信号，通过光学检测模块接收并转换成数据信号输出；

3)通过控制模块控制存储处理模块接收光学检测模块输出的数据信号，经存储处理后输出检测数据至显示模块显示。