鄭超 韓永悅

摘 要：為解決現(xiàn)有的試紙條檢測儀器的耗時及體積問題，設(shè)計了一臺熒光檢測儀器，實現(xiàn)了試紙條的快速高精度檢測，并且在功能上拓展了原有不具備的多波長切換功能。

關(guān)鍵詞：熒光圖像；免疫檢測；LED

0 引言

近年來，熒光試紙條以其攜帶方便，操作簡單，成本低廉，快速測定等優(yōu)點在現(xiàn)場檢測中得到廣泛的應(yīng)用[1]。傳統(tǒng)的檢測判定主要采用人工視覺的檢測方法，但這種判定只是粗略地進行判定，主觀誤差較大[2]，只能定性測量，無法定量測量。

以往，一臺熒光激發(fā)試紙條檢測儀只能針對一個波長的試紙條進行檢測[3]，適用范圍被大大局限。對多個波長的試紙條進行檢測時，針對每個檢測波長都有相應(yīng)的檢測儀，其造價高昂，占用空間大。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種多波長熒光免疫試紙條檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)既承襲了現(xiàn)有熒光檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高的優(yōu)點，又具有連續(xù)傳動裝置和多波長切換裝置，從而突破了現(xiàn)階段對試紙條單次單個的測量及每臺熒光儀只針對單一波長的檢測局限，實現(xiàn)了多個波長試紙條的連續(xù)檢測。

1 系統(tǒng)原理

本文設(shè)計的多波長熒光檢測儀器的檢測對象為熒光激發(fā)免疫試紙條，其結(jié)構(gòu)如主要由樣品墊、結(jié)合墊、反應(yīng)膜、吸水墊和外殼幾個部分組成。試紙條上的反應(yīng)膜上有質(zhì)控帶和檢測帶[4]。將待測液滴加到加樣區(qū)，當(dāng)待測液中的抗原（或抗體）與試紙條上的抗體（或抗原）發(fā)生免疫結(jié)合反應(yīng)后，流經(jīng)試紙條的檢測帶和質(zhì)控帶與其上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在激發(fā)光源的照射下，待測物因濃度不同而呈現(xiàn)不同的熒光強度，通過與校準(zhǔn)曲線的對比即可得到待測液的濃度。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)連續(xù)傳動結(jié)構(gòu)

本文為解決以往試紙條檢測儀器單次單個試紙條檢測手動操作等待時耗長的問題，設(shè)計了機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了多個試紙條的連續(xù)在線監(jiān)測，大大節(jié)省了時間。檢測時，將待檢測的試紙條檢測方向向上依次放入試紙條槽內(nèi)。接通電源后，步進電機帶動圓盤，試紙條在重力作用下下落沿試紙條滑道運動，激發(fā)光源照射在試紙條的檢測區(qū)上，進行檢測。

2.2 系統(tǒng)照明結(jié)構(gòu)

本設(shè)計的照明結(jié)構(gòu)主要由光源轉(zhuǎn)盤/光源轉(zhuǎn)盤手柄、LED激發(fā)光源、狹縫、濾光片、聚焦透鏡和CCD傳感器組成。檢測時，可根據(jù)所需檢測的試紙條的激發(fā)波長對光源的波長進行手動切換。檢測前選定所需波長的激發(fā)光源，再打開光源，待試紙條沿試紙條滑道運動到檢測區(qū)域時，LED激發(fā)光源所發(fā)出的光經(jīng)過透鏡照射在試紙條上[5]，激發(fā)的熒光經(jīng)聚焦透鏡、狹縫和濾光片由CCD傳感器接收。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和分析電路

本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集與分析部分，由CCD傳感器和PC機組成，軟件由信號采集處理、分析計算、人機界面組成。工作時，由CCD傳感器所采集的信號通過USB接口連續(xù)傳輸?shù)絇C機，經(jīng)過濾波，自動或手動操作截取熒光標(biāo)記免疫試紙條圖像，可以精確地讀取質(zhì)控帶和檢測帶的待測物濃度。

熒光標(biāo)記免疫試紙條截取圖像的主要噪聲類型是椒鹽噪聲。針對椒鹽噪聲問題，以往都選用中值濾波來達到有效去噪的目的。但是，中值濾波在去噪的同時也將邊緣部分變得模糊，使得邊緣部分的信息丟失，而熒光試紙條的圖像在檢測的有效區(qū)域內(nèi)會有明顯的邊界，這使得中值濾波在熒光試紙條的圖像處理上有很大的信息丟失。因此，本設(shè)計選用了自適應(yīng)中值濾波，既能有效地過濾椒鹽噪聲又能保留邊界的信息，可以使圖像的精度測量精度得到保證。

3 實驗數(shù)據(jù)與結(jié)論

通過攝像機得到熒光標(biāo)記圖像后，不能馬上對熒光圖像進行分析，首先要在保證熒光標(biāo)記圖像不失真的情況下，對其進行圖像的預(yù)處理；然后，需要對處理后的圖像的有效部分進行截取，從而對目標(biāo)圖像進行分析。在實驗過程中，需要在計算機顯示器上，通過選擇目標(biāo)區(qū)域，手動截取目標(biāo)圖像，并保存目標(biāo)圖像。截取后的圖像都會在顯示器上顯示其規(guī)格和大小。

本實驗首先展示了圖像采集、讀取的操作界面，并簡要說明了數(shù)字圖像處理和目標(biāo)圖像截取的過程，然后通過一組熒光試紙條的實驗，對目標(biāo)熒光標(biāo)記圖像進行分析，最終得出熒光標(biāo)記圖像的分析結(jié)果。其主要參數(shù)有，在目標(biāo)圖像的灰度圖像中，兩束熒光的灰度值峰值、半峰寬值及其比值、面積比和被測試劑的濃度比，以及目標(biāo)圖像的彩色圖像的一些重要參數(shù)。最終算得的溶液濃度值會顯示在檢測器外殼顯示器上。另外，通過一組重復(fù)性試驗，證明了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這充分說明，在硬件設(shè)計方面，光學(xué)成像系統(tǒng)對被測對象的影響很小，達到了改善光電法給測量結(jié)果帶來誤差大的目的。

為了進一步驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，另外做了一組重復(fù)性試驗。試驗過程：在檢測一個被測試紙條時，在外界環(huán)境條件都相同的情況下，連續(xù)采集15幅目標(biāo)圖像，選擇其中11幅圖像效果較好的圖像進行分析比較。

實驗證明：該系統(tǒng)具有運行速度快，測試精準(zhǔn)，穩(wěn)定性強，自動化程度高，可拓展性強等優(yōu)點。

本課題具有良好的社會效益：實現(xiàn)熒光標(biāo)記免疫試紙條的定量檢測，提高我國在熒光免疫檢測方面的技術(shù)水平；在科研、商檢、疾控、醫(yī)療、食品等方面具有廣闊的應(yīng)用前景；在醫(yī)療衛(wèi)生方面，可以給出定量化的信息，從而實現(xiàn)對抗原、抗體、病毒等多種目標(biāo)被檢物的定性與定量檢測。因此加速開展本課題的研究和產(chǎn)業(yè)化進程，提高我國在熒光免疫試紙條檢測方面的競爭力具有重要的經(jīng)濟、社會意義。

參考文獻

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[2]丁耀魁，沈娟，馬黎黎.快速檢測試紙條法在大豆轉(zhuǎn)基因檢測中的應(yīng)用[J].糧油食品科技，2010，18（2）：45-46.

[3]劉金橋，吳金強.機器視覺系統(tǒng)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機械工程與自動化，2010，（1）：215-216.

[4]張佳宜.磺胺類獸藥免疫膠體金快速檢測試紙條的研制[D].天津科技大學(xué)，2009.