專利名稱：超痕量疾病標志物快速檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學檢測技術領域，是一種超痕量疾病標志物快速檢測儀，可用 于能夠通過特異性反應產生發光過程的疾病標志物的檢測，在醫學檢測領域具有較為廣闊 的應用前景。
背景技術：
許多疾病診斷標志物含量極低，且基體干擾多、成分復雜，需要高靈敏度的超痕量 分析技術進行檢測。超痕量檢測常用方法有高壓液相色譜、毛細管電泳法和質譜法等，其操 作復雜、耗時長，難以實現現場快速檢測。隨著生活節奏的加快和生活壓力的增大，對于疾 病標志物進行高靈敏度和高特異地快速檢測，對疾病的準確診斷和及早治療至關重要。目 前對疾病標志物的檢測主要是在醫院，采用免疫分析儀，由專業人員操作完成，設備龐大且 價格昂貴，檢測成本較高，不能實現現場快速檢測。對于社區醫院和農村，不易推廣應用。因 此，需要發展超痕量疾病標志物現場快速檢測的新技術。
發明內容
本發明的目的是提供一種超痕量疾病標志物快速檢測儀，采用高精度、高靈敏度 的光子計數方法進行光信息獲取與處理，實現疾病標志物的全自動現場快速檢測，操作簡 單便捷、準確、成本低。為達到上述目的，本發明的技術解決方案是一種超痕量疾病標志物快速檢測儀，包括37°C恒溫加熱系統、流動注射系統和檢 測控制系統，其37°C恒溫加熱系統包括樣品加熱杯、半導體制熱片、溫度傳感器、溫度反 饋電路和制熱控制電路；其中，半導體制熱片緊貼加熱杯底部，并順序同制熱控制電路、檢 測控制系統電氣連接；溫度傳感器緊貼加熱杯側面，并順序同溫度反饋電路、檢測控制系統 電氣連接；流動注射系統包括試劑瓶、兩可調速蠕動泵，兩注射軟管和蠕動泵控制電路；其 中，兩可調速蠕動泵分別與蠕動泵控制電路電氣連接，第一可調速蠕動泵兩端經一注射軟 管分別與檢測控制系統、加熱杯容腔相連通；第二可調速蠕動泵兩端經另一注射軟管分別 與檢測控制系統、試劑瓶容腔相連通；檢測控制系統包括光電轉換單元、光子計數單元、中央處理與控制單元。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其所述檢測控制系統的光電轉換單元，包 括檢測腔和光電轉換部件；其中，光電轉換部件為光電倍增管；檢測腔包括腔體、抽屜和反 應杯，抽屜的外徑略小于腔體內腔的內徑，在腔體內腔內可自由活動，并完全脫離腔體內 腔，反應杯可移出式置于抽屜內中部的圓柱形空腔內，抽屜的圓柱形空腔一側有開口 ；腔體 內、外壁做發黑處理，其頂面有兩小通孔，位于反應杯的正上方，兩注射軟管分別置于兩小 通孔中，兩注射軟管出口對應反應杯內腔；光電倍增管緊密機械固定于檢測腔腔體右側，其光接受面位于反應杯側面，即抽屜圓柱形空腔側開口處。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述檢測腔為密閉式，腔體和 抽屜，由金屬材料制備。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其所述檢測控制系統的光子計數單元，其 核心采用可編程邏輯陣列實現計數，FPGA首先進行光子脈沖判別處理，甄別所接收信號是 否為所需光子信號，然后再開始計數；FPGA外部采用48MHz的晶振，內部倍頻至300MHz ；計 數時間通過軟件設置，計數起停及計數的位數，由中央處理與控制單元控制。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其所述光電轉換單元中的光電倍增管，通 過BNC接口同光子計數單元電氣連接。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其所述中央處理與控制單元，包括中央微 處理器、鍵盤輸入、液晶顯示、數據存儲、打印輸出、USB傳輸、光電倍增管控制電路，并與 FPGA計數通信；中央微處理器為單片機，蠕動泵控制電路、制熱控制電路、溫度反饋電路與中央微 處理器電氣連接；打印輸出為串口打印，由芯片MAX31IOE實現SPI接口到UART接口的轉 換；FPGA計數完成后觸發單片機的中斷系統，在中斷中完成計數結果傳輸。所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其所述單片機，型號為Ady C834。本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀，可以對超痕量疾病標志物進行現場快速 檢測，攜帶方便，操作簡單、準確，成本低，便于推廣，解決了社區和農村醫院檢測困難的問題。
圖1為本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀結構示意圖；圖2為本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀的光電轉換單元剖面示意圖；圖3為本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀的檢測腔結構示意圖；圖4為本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀的光子計數單元框圖；圖5為本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀的中央處理與控制單元框圖。
具體實施例方式本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀分三個部分37°C恒溫加熱系統、流動注 射系統、檢測控制系統9。見圖1，37°C恒溫加熱系統主要包括樣品加熱杯1、半導體制熱片2、溫度傳感器 3、溫度反饋電路5以及制熱控制電路4。半導體制熱片2緊貼加熱杯1，位于加熱杯1的底 部，半導體制熱片2順序同制熱控制電路4、檢測控制系統9電氣連接，由制熱控制電路4控 制其制熱的啟停。溫度傳感器3緊貼加熱杯1側面，實時檢測加熱杯1的溫度變化，溫度傳 感器3順序同溫度反饋電路5、檢測控制系統9電氣連接，由溫度反饋電路5將信息反饋給 檢測控制系統9。若檢測試劑需要37°C恒溫孵育，則在孵育過程中，溫度傳感器3檢測的溫 度低于或高于37°C時，檢測控制系統9指令制熱控制電路4調節半導體制熱片2，進而穩定 反應杯1的溫度，使其恒定于37°C。
流動注射系統由試劑瓶7、兩可調速蠕動泵8-1、8-2，兩注射軟管6、10和蠕動泵控 制電路組成。兩可調速蠕動泵8-1、8-2分別與蠕動泵控制電路電氣連接。可調速蠕動泵 8-1兩端經注射軟管6分別與檢測控制系統9、加熱杯1容腔相連通；可調速蠕動泵8-2兩 端經注射軟管10分別與檢測控制系統9、試劑瓶7容腔相連通。檢測控制系統9主要包括光電轉換單元、光子計數單元、中央處理與控制單元。光電轉換單元包括檢測腔16和光電轉換部件，光電轉換部件采用高靈敏度的光 電倍增管17，光電轉換單元的剖面示意圖如圖2所示。見圖3，檢測腔16由腔體13、抽屜 14和反應杯15構成。抽屜14的外徑略小于腔體13內腔的內徑，在腔體13內腔內可自由 活動，可拉出完全脫離腔體13內腔。反應杯15置于抽屜14內中部的圓柱形空腔內，圓柱 形空腔一側有開口。腔體13頂面有兩小通孔11、12，位于反應杯15的正上方。兩注射軟 管6、10分別置于小通孔11、12中，可將樣品加入到反應杯15中。當抽屜14從腔體13中 拉出時，可將反應杯15取出。腔體13和抽屜14的制備材料均為鋁，屏蔽電磁干擾。腔體 13做發黑處理，以屏蔽外界光的干擾。光電倍增管緊密機械固定于檢測腔腔體13右側，其 光接收面正對反應杯15側面，即抽屜圓柱形空腔側開口處。檢測試劑恒溫孵育充分反應后，由蠕動泵控制電路啟動蠕動泵8-1將反應試劑注 射入檢測控制系統9中的反應杯15。然后，蠕動泵8-2將試劑瓶7中的發光底物加進發應 杯15中，產生發光過程，由檢測控制系統9進行光強檢測與處理。光子計數單元由可編程邏輯陣列(FPGA)來實現，其框圖如圖4所示。光電倍增管 17的輸出信號通過BNC接口的屏蔽線同光子計數單元電氣連接。FPGA外部采用48MHz的 晶振，內部倍頻至300MHz。計數時間可以通過軟件設置，計數起停可由中央處理與控制單元 控制。計數位數可以自由設定，如32位計數。光電倍增管17輸出的計數脈沖，首先由脈沖 判別處理模塊識別脈沖的寬度和幅度確定所需光子脈沖，然后由單片機控制開始計數。計 數結束后，計數結果通過軟件時間控制分時傳送給中央處理與控制單元。中央處理與控制單元結構，如圖5所示，包括鍵盤輸入、液晶顯示、數據存儲、打印 輸出、USB傳輸、光電倍增管控制電路、與FPGA計數通信。蠕動泵控制電路與中央微處理器 電氣連接，制熱控制電路、溫度反饋電路與中央微處理器電氣連接。中央微處理器采用單片 機Ad μ C834。打印輸出采用串口打印，由芯片ΜΑΧ31IOE實現SPI接口到UART接口的轉換。
FPGA計數完成后觸發單片機中斷，在中斷中傳輸計數結果。實施例用本發明的超痕量疾病標志物快速檢測儀檢測心衰標志物ΒΝΡ。開啟檢測儀后，通過鍵盤輸入，啟動半導體制熱片2對加熱杯1進行加熱，溫度傳 感器3實時檢測加熱杯1的溫度。當溫度由室溫上升至接近37°C時，由單片機控制制熱控 制電路4調節半導體制熱片2，使加熱杯1的溫度平穩上升至37°C，并保持37°C恒定。當溫 度過高或過低時，調節半導體制熱片2來恒定溫度。37°C溫度穩定后，檢測控制系統9提示 加入檢測試劑和樣品。待檢測試劑和樣品在檢測控制系統9設定的時間內充分孵育后，對 反應試劑進行清洗處理，然后，單片機控制蠕動泵控制電路驅動蠕動泵8-1通過注射軟管6 將反應試劑由小通孔11加入至反應杯15中，驅動蠕動泵8-2通過注射軟管10將發光底物 由小通孔12加入至發應杯15中。加樣完成后，單片機啟動光電倍增管17進行光強檢測， 同時啟動FPGA進行32位計數，在設定的時間4s內完成計數后，FPGA觸發單片機的中斷系統，在中斷中，FPGA完成將計數結果傳輸給單片機，同時，單片機關閉光電倍增管。單片 機通過設定的數據處理算法將計數結果轉化為相應的BNP樣品的濃度，將檢測結果存儲于 E2PROM中，同時顯示于液晶顯示屏中，由打印接口直接打印輸出。一次檢測過程完成。本發 明的超痕量疾病標志物快速檢測儀，通過中央處理與控制單元的USB接口可將數據上傳至 計算機。 超痕量疾病標志物快速檢測儀，可提供兩種檢測方式單次檢測和實時檢測。選擇 單次檢測即為上述檢測過程；選擇實時檢測時，在傳輸計數結果的中斷中，數據上傳至計算 機，不關閉光電倍增管。中斷結束后，重新開始原設定時間計數，重復上述的計數檢測過程。 即在每個中斷中都會將計數結果上傳至計算機。
權利要求
一種超痕量疾病標志物快速檢測儀，包括37℃恒溫加熱系統、流動注射系統和檢測控制系統，其特征在于，37℃恒溫加熱系統包括樣品加熱杯、半導體制熱片、溫度傳感器、溫度反饋電路和制熱控制電路；其中，半導體制熱片緊貼加熱杯底部，并順序同制熱控制電路、檢測控制系統電氣連接；溫度傳感器緊貼加熱杯側面，并順序同溫度反饋電路、檢測控制系統電氣連接；流動注射系統包括試劑瓶、兩可調速蠕動泵，兩注射軟管和蠕動泵控制電路；其中，兩可調速蠕動泵分別與蠕動泵控制電路電氣連接，第一可調速蠕動泵兩端經一注射軟管分別與檢測控制系統、加熱杯容腔相連通；第二可調速蠕動泵兩端經另一注射軟管分別與檢測控制系統、試劑瓶容腔相連通；檢測控制系統包括光電轉換單元、光子計數單元、中央處理與控制單元。
2.如權利要求1所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述檢測控制系 統的光電轉換單元，包括檢測腔和光電轉換部件；其中，光電轉換部件為光電倍增管；檢測 腔包括腔體、抽屜和反應杯，抽屜的外徑略小于腔體內腔的內徑，在腔體內腔內可自由活 動，并完全脫離腔體內腔，反應杯可移出式置于抽屜內中部的圓柱形空腔內，抽屜的圓柱形 空腔一側有開口 ；腔體內、外壁做發黑處理，其頂面有兩小通孔，位于反應杯的正上方，兩注 射軟管分別置于兩小通孔中，兩注射軟管出口對應反應杯內腔；光電倍增管緊密機械固定于檢測腔腔體右側，其光接收面正對反應杯側面，即抽屜圓 柱形空腔側開口處。
3.如權利要求2所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述檢測腔為密 閉式，腔體和抽屜，由金屬材料制備。
4.如權利要求1所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述檢測控制系 統的光子計數單元，其核心采用可編程邏輯陣列實現計數，FPGA首先進行光子脈沖判別處 理，甄別所接收信號是否為所需光子信號，然后再開始計數；FPGA外部采用48MHz的晶振， 內部倍頻至300MHz ；計數時間通過軟件設置，計數起停及計數的位數，由中央處理與控制 單元控制。
5.如權利要求1或2所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述光電轉換 單元中的光電倍增管，通過BNC接口同光子計數單元電氣連接。
6.如權利要求1所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述中央處理與 控制單元，包括中央微處理器、鍵盤輸入、液晶顯示、數據存儲、打印輸出、USB傳輸、光電倍 增管控制電路，并與FPGA計數通信；中央微處理器為單片機，蠕動泵控制電路、制熱控制電路、溫度反饋電路與中央微處理 器電氣連接；打印輸出為串口打印，由芯片MAX3110E實現SPI接口到UART接口的轉換；FPGA計數完成后觸發單片機的中斷系統，在中斷中完成計數結果傳輸。
7.如權利要求7所述的超痕量疾病標志物快速檢測儀，其特征在于，所述單片機，型號 為 Ady C8340
全文摘要
本發明公開了一種超痕量疾病標志物快速檢測儀，涉及檢測技術，包括37℃恒溫加熱系統、流動注射系統和檢測控制系統。37℃恒溫加熱系統中，溫度傳感器實時檢測半導體制熱片所緊貼的加熱杯，通過不斷調節半導體制熱片達到37℃恒溫加熱，為生物反應提供37℃的孵育環境。通過蠕動泵實現流動注射，完成自動進樣，以減小人為誤差，縮短檢測時間。檢測控制系統包括光電轉換單元、光子計數單元、中央處理與控制單元。采用高靈敏度的光電倍增管實現微弱光檢測，并對檢測腔做良好的屏蔽處理。采用高速的可編程邏輯器件FPGA實現光子脈沖的計數，計數時間和計數位數可自由設定，計數靈敏，誤差較小，從而達到檢測超痕量物質的目的。
文檔編號G01N21/76GK101995481SQ20091009163
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者劉儒平, 劉軍濤, 王蜜霞, 蔡新霞 申請人:中國科學院電子學研究所
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