CN113720825B - 光学即时检测器及检测方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了光学即时检测器及检测方法和应用，检测器包括：光源发射器、Y型光纤束、荧光强度探测器以及反射镜；Y型光纤束具有入射光纤段、出射光纤段和同时与入射光纤段及出射光纤段连接的公共段，入射光纤段具有入射端面，光源发射器朝向入射端面，出射光纤段具有出射端面，出射端面朝向荧光强度探测器，公共段具有用于传递出光源发射器发出的光线且能接收荧光的荧光接收端面。光强校准时，反射镜与荧光接收端面相对设置。检测方法，包括：采用本申请提供的光学即时检测器检测样本浓度。该检测器利用反射镜就可实现光强校准，不需要如现有技术那样增设光路，其光学元件少，结构简单，检测方法快捷、方便，非常适合应用于医学检验中。

Description

光学即时检测器及检测方法和应用

技术领域

本发明涉及即时检测技术领域，具体而言，涉及光学即时检测器及检测方法和应用。

背景技术

即时检测(Point of care Testing, POCT)，从空间上在患者现场进行的“床旁检验”；从时间上理解在患者发病时刻进行的“即时检验”。POCT是一种可以省去标本在实验室检验时的复杂处理程序，快速得到检验结果的新方法；或是在中心实验室之外，靠近检测对象并能及时报告结果的一种“可移动的微型”检测***。

当前的POCT产品虽然基本都可以满足即时、即地使用的需求，但是与“便携式”和“微型”的特性还有很大的差距，这就大大限制了它的应用场景。当前产品无法做到便携式的一个主要原因在于：使用了自由空间式的光学***。

传统的用于POCT的光学***如图1所示:

1为待测样本容器，由底板11和盖板12组成，其中盖板12对照射光谱具有一定的光学透过率，在样本容器1中的某个固定位置含有待测样本101。2为光学传感器的光学***，光源201发射出来的照射光依次经过入射透镜202、分光镜203、二向色反射镜206、收集透镜207、样本容器盖板12，照射到待测样本101上。待测样本101中有一种荧光物质，在光的照射下激发出荧光，荧光经过收集透镜207、二向色反射镜206、第一聚光透镜208收集到第一光电探测器209上，根据第一光电探测器209上的强度大小来判断待测样本中被激发的荧光量的多少，从而判读出与荧光物质相连接的目标物质的多少。由于被激发出的荧光与照射光之间有不一样的光谱范围，所以二向色镜的作用在于将从光源发射而来的照射光反射至收集透镜207上，并且允许从待测样本发出的荧光通过它至第一聚光透镜208。为了实时校正照射光强的偏差，在照射端增加一个参考光路，由分光镜203、第二聚光透镜204和第二光电探测器205组成，在每次测量的时候第二光电探测器205上探测到照射光的一部分，用这部分光强实时监测光源201发出的光强，如果出现偏差则对光源201强度进行调节，或者用一个系数对整个***进行校正。

上述光路结构虽然可以有效探测出待测样本中目标物质的多少，但是其缺点是：1）结构复杂，对实现POCT检测设备的便携是一个巨大障碍；2）光学器件较多，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学即时检测器及检测方法和应用，旨在改善背景技术提到的至少一种问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种光学即时检测器，包括：

光源发射器、Y型光纤束、荧光强度探测器以及反射镜。

Y型光纤束具有入射光纤段、出射光纤段和同时与入射光纤段及出射光纤段连接的公共段，入射光纤段具有入射端面，光源发射器朝向入射端面，出射光纤段具有出射端面，出射端面朝向荧光强度探测器，公共段具有用于传递出光源发射器发出的光线且能接收荧光的荧光接收端面。

光强校准时，反射镜与荧光接收端面相对设置。

在可选的实施方式中，光源发射器与Y型光纤束之间设置有用于将发射光线耦合入Y型光纤束的光纤耦合透镜。

在可选的实施方式中，Y型光纤束与荧光强度探测器之间设置有用于将出射荧光聚集以被荧光强度探测器捕获的聚焦透镜。

在可选的实施方式中，还包括使用时与荧光接收端面相对设置的样本容器，样本容器包括底板和具有透光性的盖板。

第二方面，本发明提供一种样本即时检测方法，采用如前述任一种的光学即时检测器进行样本检测，包括：

光强校准：将反射镜置于与荧光接收端面相对的位置进行光强校准，通过荧光强度探测器测量参考光强度

，根据公式

计算光强校准系数，

为光源发射器的出厂设置光强值，α为光强校准系数；

样本检测：将样本置于与荧光接收端面相对的位置进行样本荧光强度检测，根据测得的荧光强度、光强校准系数以及荧光强度与待测样本浓度的标准曲线关系计算得到样本实际浓度。

在可选的实施方式中，样本检测步骤具体包括：

将待测样本置于与荧光接收端面相对的位置，通过荧光强度探测器测量待测样本中荧光物质被光源照射从而受激发发射出的荧光强度

，根据标准曲线计算得到目标物测试浓度

，根据公式

得出实际浓度

。

在可选的实施方式中，检测之前还包括：采用光学即时检测器检测多个已知浓度的标准样本，得到多个荧光强度值，根据该多个已知浓度以及对应的多个荧光强度值确定荧光强度与待测样本浓度的标准曲线。

第三方面，本发明提供前述实施方式的样本即时检测方法在医学检验中的应用。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本申请提供的光学即时检测器，由于合理的结构设置，将反射镜设置在与荧光接收端面相对的位置即可进行光路校准，不需要如背景技术中提到的现有检测器那样单独设置一条光路。其结构简单，零件明显少于现有的检测器，其可集成为体积小、拿取使用便捷的器材；由于其光学零件少，因此其制造成本更低。

采用光学即时检测器实施的样本即时检测方法，操作简单、快捷、方便，非常适合应用于医学检验中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的样本检测装置的光学***图；

图2为本实施例提供的光学即时检测器的光学***图；

图3为光学即时检测器校正时的示意图；

图4为光学即时检测器测试时的示意图。

图标：1-样本容器；11-底板；12-盖板；101-待测样本；4-载物台；401-工作位；201-光源；202-入射透镜；203-分光镜；204-第二聚光透镜；205-第二光电探测器；206-二向色反射镜；207-收集透镜；208-第一聚光透镜；209-第一光电探测器；3-光学即时检测器；301-光源发射器；302-光纤耦合透镜；305-Y型光纤束；303-聚焦透镜；304-荧光强度探测器；306-光纤入射段；307-光纤出射段；308-公共段；309-反射镜；310-入射端面；312-出射端面；311-荧光接收端面；2-光学传感器的光学***。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图2，本实施例提供了一种光学即时检测器3，包括：

光源发射器301、Y型光纤束305、荧光强度探测器304以及反射镜309。

Y型光纤束305具有入射光纤段、出射光纤段和同时与入射光纤段及出射光纤段连接的公共段308，入射光纤段具有入射端面310，光源发射器301朝向入射端面310，出射光纤段具有出射端面312，出射端面312朝向荧光强度探测器304，公共段308具有用于传递出光源发射器301发出的光线且能接收荧光的荧光接收端面311。光强校准时，反射镜309与荧光接收端面311相对设置。

优选地，光源发射器301与Y型光纤束305之间设置有用于将发射光线耦合入Y型光纤束305的光纤耦合透镜302。

若不设光纤耦合透镜302，要使光线更好入射至光纤内，则对入射角度，光纤束的数量及粗细度等有较高要求。设置光纤耦合透镜302，便于使光源发射器301发出的光线聚集耦合至Y型光纤束305内，降低了检测器的装配难度和零件要求。

优选地，Y型光纤束305与荧光强度探测器304之间设置有用于将出射荧光聚集以被荧光强度探测器304捕获的聚焦透镜303。

与设置光纤耦合透镜302的目的相似，设置聚焦透镜303的目的是为了将从出射光纤段出射的荧光通过聚焦透镜303聚集被荧光强度探测器304捕获，从而获得准确的荧光强度数据。

在本实施例中，具体地，光源发射器301、光纤耦合透镜302、入射端面310、出射端面312、聚焦透镜303以及荧光强度探测器304同轴设置。

优选地，光学即时检测器3还包括使用时与荧光接收端面311相对设置的样本容器1，样本容器1包括底板11和具有透光性的盖板12。

样本容器1用于盛装待测样本101，测试时，将待测样本101置于底板11之上，盖上盖板12，将样本容器1置于载物台4上，使荧光接收端面311朝下正对待测样本101。光强校准时，将反射镜309置于载物台4上，使荧光接收端面311朝下正对反射镜309。

本实施例提供的光学即时检测器3的两个工作状态：光强校准态和测试态。以荧光接收端面311朝下正对位置为工作位401。

光强校准态：当反射镜309位于载物台4上的工作位401时，检测***处于光强校准状态，如图3所示。此时光源发射器301发出的照射光经过光纤入射段306之后照射到反射镜309的反射面上，反射镜309将一部分照射光反射至Y型光纤束305的光纤出射段307，经过聚焦透镜303收集到荧光强度探测器304上。在***稳定的情况下此时光电传感器探测到的参考光强正比于照射光：I _ref =kI _in （k<1）。I _ref 为荧光强度传感器上探测到参考光强；I _in 为光源发射器301的发射光强。

当待测样本101位于工作位401时，如图4所示，光学即时检测器3处于测量状态。此时光源发射器301发出的照射光经过Y型光纤束305的光纤入射段306之后，通过出射端面312出射，照射至待测样本101上，待测样本101中含有荧光物质，当收到照射光的照射之后，激发出荧光。荧光通过荧光接收端面311进入Y型光纤束305的光纤出射段307，从出射端面312出射后被聚焦透镜303收集到荧光强度探测器304上。此时荧光强度探测器304探测到的荧光光强为I _fl ，I _fl 正比于被测物质的含量或浓度：

。

在实际测量过程中，照射光I _in 可能会存在一定的波动，由于I _in 的偏差导致I _fl 出现偏差，从而导致测量结果Ctarget偏差，所以在样本测量的时候需要对照射光强I _in 进行校准。本申请对光强校准的过程发生在本次样本测量之前进行，由于光强的变化是一个缓变过程，而光强校准状态和测量状态之间的时间间隔很小，这样设置是合适的。当光学传感器处于光强校准状态的时候，反射镜309置于工作位401置，荧光强度探测器304上探测到的参考光强为

。当照射光强为初始光强

时，参考光的强度为

。当照射光出现偏移的时候，每次测量的参考光强

，如果

，则实际照射光强

，在此实际光强的照射下得到的被测物质浓度

换算成原始光强下的浓度则为

。

基于以上装置及原理，本申请还提供了一种样本即时检测方法，包括：采用本实施例提供的光学即时检测器3对样本进行检测得到样本实际浓度。

具体包括：

S1、确定标准曲线

在***稳定的情况下，采用光学即时检测器3检测多个已知浓度的标准样本，得到多个荧光强度值，根据该多个已知浓度以及对应的多个荧光强度值确定荧光强度与待测样本101浓度的标准曲线

。

S2、装置光强校准

i. 打开光源201，收到检测指令后打开光源201；

ii. 光源201打开后，将反射镜309置于工作位401上；

iii. 在反射镜309置于工作位401之后，荧光强度探测器304探测到参考光强度

;

iv. 计算光强校准系数

，

为光源发射器301的出场设置值；

S3、样本检测

v. 将反射镜309移出工作位401；

vi. 将待测样本101置于工作位401；

vii. 在待测样本101置于工作位401之后，样本中的荧光物质被光源201照射到从而受激发射出荧光，荧光强度探测器304测量出荧光强度值

；

viii. 通过荧光强度值结合标准曲线

计算出目标物质的浓度；

ix. 根据iv步骤得出的光强校准系数将测量浓度校准到实际浓度：

；

x. 将实际浓度值输出；

xi. 待测样本101移出工作位401，等待下次测量时反射镜309进入工作位401；

在执行步骤v至步骤xi，光学即时检测器3处于样本检测状态。

本申请提供的样本即时检测方法，非常适合应用于医学检验中，可便捷、快速检测病患的生物样本。

综上，本申请提供的光学即时检测器，由于合理的结构设置，将反射镜设置在与荧光接收端面相对的位置即可进行光路校准，不需要如背景技术中提到的现有检测器那样单独设置一条光路。其结构简单，零件明显少于现有的检测器，其可集成为体积小、拿取使用便捷的器材；由于其光学零件少，因此其制造成本更低。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种样本即时检测方法，其特征在于，采用光学即时检测器进行样本检测，所述光学即时检测器包括：光源发射器、Y型光纤束、荧光强度探测器以及反射镜；所述Y型光纤束具有入射光纤段、出射光纤段和同时与所述入射光纤段及所述出射光纤段连接的公共段，所述入射光纤段具有入射端面，所述光源发射器朝向所述入射端面，所述出射光纤段具有出射端面，所述出射端面朝向所述荧光强度探测器，所述公共段具有用于传递出所述光源发射器发出的光线且能接收荧光的荧光接收端面；

检测方法包括：

光强校准：将所述反射镜置于与所述荧光接收端面相对的位置进行光强校准，通过所述荧光强度探测器测量参考光强度

，根据公式

计算光强校准系数，

为所述光源发射器的出厂设置光强值，α为光强校准系数；

样本检测：将样本置于与所述荧光接收端面相对的位置进行样本荧光强度检测，根据测得的荧光强度、所述光强校准系数以及荧光强度与待测样本浓度的标准曲线关系计算得到样本实际浓度。

2.根据权利要求1所述的样本即时检测方法，其特征在于，所述光源发射器与所述Y型光纤束之间设置有用于将发射光线耦合入所述Y型光纤束的光纤耦合透镜。

3.根据权利要求1所述的样本即时检测方法，其特征在于，所述Y型光纤束与所述荧光强度探测器之间设置有用于将出射荧光聚集以被所述荧光强度探测器捕获的聚焦透镜。

4.根据权利要求1所述的样本即时检测方法，其特征在于，所述光学即时检测器还包括使用时与所述荧光接收端面相对设置的样本容器，所述样本容器包括底板和具有透光性的盖板。

5.根据权利要求1所述的样本即时检测方法，其特征在于，样本检测步骤具体包括：

将待测样本置于与所述荧光接收端面相对的位置，通过所述荧光强度探测器测量所述待测样本中荧光物质被光源照射从而受激发发射出的荧光强度

，根据所述标准曲线计算得到目标物测试浓度

，根据公式

得出实际浓度

。

6.根据权利要求1所述的样本即时检测方法，其特征在于，检测之前还包括：采用所述光学即时检测器检测多个已知浓度的标准样本，得到多个荧光强度值，根据该多个已知浓度以及对应的多个荧光强度值确定所述荧光强度与待测样本浓度的标准曲线。

7.权利要求1~6任一项所述的样本即时检测方法在医学检验中的应用。

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