專利名稱：一種人體血清蛋白濃度測試裝置及測試方法
技術領域：
本發明屬于醫療檢測技術領域，具體涉及一種人體血清蛋白濃度測試裝置及測試方法。
背景技術：
蛋白質是一切生命之源，是生命活動中最基本的物質之一。在生物體內含量大，種類繁多，承載著生物體完成各種生物功能的任務，對于維持生命是十分重要和必不可少的。在正常人體機體中，蛋白質占18%，人體的皮膚、肌肉、血液、內臟主體為蛋白質，毛發、骨骼、指甲及體內各種激素、酶、抗體均是蛋白質，蛋白質擔負著各種生理功能，從整體上維持生物體新陳代謝活動的進行，是生物性狀的直接表達者，比如人血清白蛋白(HSA)是人體內含量最豐富的運輸蛋白，HSA有許多重要的生理學和藥理學功能，能與許多內源和外源性物質如脂肪酸、氨基酸、荷爾蒙、陰陽離子和藥物等結合，起到存儲和轉運作用。人免疫球蛋白(y-G)作為淋巴細胞的細胞表面受體在許多細胞活動中扮演著重要角色，同時在人體免疫應答中發揮著至關重要的作用。因此，蛋白質被譽為“人體的建筑材料”、“生命之磚”。測量血液中血清蛋白濃度主要采用血清蛋白溶液測量儀，它廣泛應用于血站、I⑶、手術室、婦產科(產房)、外科臨床、腎透科、血液科、急診室、救護車、新生兒監護和運動員體檢等許多方面，成為很多疾病診斷的最重要手段，為臨床提供了準確及時地第一手資料，是必不可少的醫療儀器。目前，國內外已有多種血清蛋白溶液濃度的測量儀，國外如瑞典的Hemoglobin血清蛋白測量儀，主要采用試劑條方法來測量蛋白濃度，這種儀器采血方便、無需稀釋、測試簡潔、十分適用于運動員訓練現場進行測試，但其價格昂貴，導致中小醫院無法批量采購，此外所用試劑條價格也很高，而且為一次消耗品，這無疑增加了患者的負擔；國內的如上海精密科學儀器有限公司分析總廠生產的5200型血紅蛋白儀，采用單波長法讓某個波長的光通過裝有空白溶液(氰化高鐵標準稀釋液)的比色皿，再讓相同波長的光通過裝有氰化高鐵與稀釋后的血紅蛋白溶液反應生成的血紅蛋白反應溶液的比色皿，對分別通過裝有空白溶液的比色皿和裝有血紅蛋白反應溶液的比色皿后的兩種光強進行分析，從而得出所測溶液的濃度，這種儀器測量時間較短，但需要外配稀釋器把血液稀釋250倍，然后再將稀釋后的血液與氰化高鐵進行溶血反應作為被測溶液，導致這種儀器的體積十分龐大，同時稀釋和溶血需要較長時間，使得實際測量單個血液樣本的時間大大增加；另一方面，由于采用單波長法需要測量通過裝有空白溶液的比色皿后的光強進行對比校正，導致操作復雜，測量效率低；此外，兩次測量致使最終的測量結果易受外界因素(如操作員的技能水平等，外界飛塵等)的影響，直接影響了測量精度。

發明內容
本發明的目的是針對上述技術問題以及現有技術缺陷和不足，本發明旨在提供一種測試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高；該測試方法操作簡單，利于推廣的人體血清蛋白濃度測試裝置及測試方法。本發明為了實現上述目的，采用的技術解決方案是—種人體血清蛋白濃度測試裝置，其特征在于裝置由發光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源和SSPM探測器、信號處理電路和顯示模塊組成，微透鏡陣列接收發光二極管陣列發出的光，濾光片緊連微透鏡陣列用于過濾穿過微透鏡陣列的光，匯聚透鏡與濾光片相連匯聚過濾后的光，樣品池位于匯聚透鏡的匯聚點上，光線經匯聚透鏡匯聚后入射到樣品池，光纖光錐位于匯聚透鏡下方，與匯聚透鏡的軸線成90°夾角，采集并傳輸樣品受光源發出的光激發產生的熒光光波，窄帶濾光薄膜位于匯聚透鏡末端，用于過濾光線光錐采集熒光的背景雜光，SSPM探測器與窄帶濾 光薄膜相連，將熒光轉換為電壓信號，信號處理電路對SSPM探測器輸出的電壓信號進行處理，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。人體血清蛋白濃度測試方法，由下述步驟完成步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅(ZnC4Pc)起顯色反應；步驟二 對上述步驟中反應物在發光二極管陣列發出的光準直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應溶液上，光源激發所述樣品池內的待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應溶液產生波長為475nm的熒光；步驟三光纖光錐采集步驟二中產生的熒光，使其通過窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過濾后的突光傳輸給SSPM探測器,轉換為電壓信號；步驟四采用信號處理電路對SSPM探測器輸出的信號進行處理，通過比較不同濃度血清蛋白標準樣品對應的電壓幅度值，制定標準曲線，根據待測樣品所對應的電壓幅度值，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。其中，所述四羧基酞菁鋅溶液是由4-羧基鄰苯二甲酸酐、氯化鋅、鑰酸銨以及尿素人工合成的，酞菁鋅在熒光、化學發光等分析方法中具有明顯的催化活性。本發明正是基于共振瑞利散射原理，將酞菁鋅與人體蛋白質相結合，使得特定波長的共振瑞利散射強度急劇增強，從而完成對蛋白質的定量測定。所述發光二極管陣列是由采用微細加工技術在半導體芯片上集成的大量發光二極管單元排布構成。發光二極管的陣列方式主要有線排列方式、面排列方式和立體排列方式。本發明中采用面排列方式，面排列方式的特點是光照面積小、光輸出集中、光照度高，適用于被照射面較小且比較集中但照度值要求比較高的照射場所，因此，本發明中采用發光二極管陣列，可以減小光源的體積，降低成本，并提高激發光的強度。本發明裝置中，發光二極管陣列發出的光通過微透鏡陣列準直成平行光，再經過后端濾光片進行濾光處理。所述微透鏡陣列(MLA)是一系列孔徑在幾個微米至幾百微米的微小型透鏡按一定排列組成的陣列，它是構成微光學系統的重要而又基本的光學元件，具有尺寸小、便于大規模制造、傳輸損耗小、可制成陣列形式、有特殊功能等優點，廣泛用于微光學系統、光學平行處理系統、寬場和紅外成像系統、光學濾波和材料加工系統以及抗反射和偏振態控制的亞波長光柵結構等。所述微透鏡列陣可以是折射型微透鏡列陣或衍射型微透鏡列陣。本發明中采用衍射型微透鏡陣列。所述光纖光錐是由上萬根光學纖維經規則排列、加熱、加壓融合、扭轉、拉錐等一系列工藝制成，其中每一根纖維由高折射率的芯玻璃和低折射率的包皮玻璃構成，入射光依據全反射原理從每根纖維的一端傳向另一端。光纖傳輸元件包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐。光纖光錐是光纖面板的一種特殊形式。光纖面板是由數千萬根直徑為5 6微米的光導纖維規則排列后，加溫、加壓熔合而成。它在光學上具有零厚度，有很高的集光能力和分辨率，可無失真地傳遞高清晰度圖像，是性能優越的光電成像和圖像傳輸器件。因此，我們采用市場上廣泛使用的光纖光錐對光采集傳輸，其接收角度可以達到180°，提高了接收效率。所述固態光電倍增管(SSPM)是一種新型高速光電器件。固態光電倍增管采用面陣排列，蓋格工作模式的雪崩光電二極管(APD)制作而成。每一個AH)相當于一個微型電池，采用獨特的溝槽技術將這些APD電池進行光學隔離，所有APD電池的電流輸出被并聯起來，輸出信號集成了所有APD電池的響應信號。每一個APD電池都以蓋格模式工作,所以每一個單元都可以作為一個數字的光子探測器，并具有很高的內部增益和快速響應特性。這種架構設計，不僅具有傳統光電倍增管靈敏度高、速度快等功能特性，同時還具有以下特點低壓工作，不需要高壓電源，高增益，對磁場不敏感，固體器件，結構緊促，尺寸小，適合多種環境使用，非常容易與閃爍體、光纖等進行耦合。所述信號處理電路由信號放大電路、AD轉換器、單片機、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、數據存儲、RS232等構成。SSPM輸出的信號經放大電路放大后進行AD轉換，由單片機運算處理，將濃度值顯示在顯示模塊的液晶顯示屏上。本發明突出的實質性特點和顯著的有益效果是與現有技術比較，本發明的測試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高；本發明的測試方法操作簡單，利于推廣應用。


圖I是本發明一種人體血清蛋白濃度測試裝置的結構簡圖。圖2是四羧基酞菁鋅與人體血清蛋白反應溶液在405nm激發光照射下的發射光P曰。圖3是信號處理電路原理框圖。圖4是實驗獲得的血清蛋白濃度與其對應電壓值數據。圖5是蛋白質濃度-電壓標準曲線。
具體實施例方式下面結合圖I 圖4對本發明進行詳細說明如圖I所示一種人體血清蛋白濃度測試裝置，由發光二極管陣列I、微透鏡陣列2、濾光片3、匯聚透鏡4、樣品池5、光纖光錐6、窄帶濾光薄膜7、電源8和SSPM探測器9、信號處理電路10和顯示模塊11組成。發光二極管陣列I發出的光穿過緊鄰的微透鏡陣列2后被準直，濾光片3緊連微透鏡陣列2用于過濾穿過微透鏡陣列2的光，匯聚透鏡4與濾光片3相連，匯聚過濾后的光，裝有四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應溶液樣品池5位于匯聚透鏡4的匯聚點上，光線經匯聚透鏡4匯聚后入射到樣品池5，樣品池5中的樣品受光源發出的光激發產生熒光，其發射光譜如圖2所示，光纖光錐6位于匯聚透鏡4下方，與匯聚透鏡4的軸線成90°夾角，采集、并傳輸上述樣品產生的熒光，窄帶濾光薄膜7位于匯聚透鏡4末端，用于過濾光線光錐6采集熒光的背景雜光，SSPM探測器9與窄帶濾光薄膜7相連，將熒光轉換為電壓信號，信號處理電路對SSPM探測器9輸出的電壓信號進行處理，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。使用人體血清蛋白濃度 測試裝置的測試方法，由下述步驟完成步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL I X 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,使樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅起顯色反應；步驟二 對上述步驟中反應物在發光二極管陣列發出的光準直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應溶液上，光源激發所述樣品池內的待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應溶液產生波長為475nm的熒光；步驟三光纖光錐采集步驟二中產生的熒光，使其通過窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過濾后的突光傳輸給SSPM探測器,轉換為電壓信號；步驟四采用信號處理電路對SSPM探測器輸出的信號進行處理，通過比較不同濃度血清蛋白標準樣品對應的電壓幅度值，制定標準曲線，根據待測樣品所對應的電壓幅度值，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。具體測試示例如下米用2X10_4mol/L 的四羧基酞菁鋒溶液與 50mg/mL、40mg/mL、30mg/mL、25mg/mL、20mg/mL、10mg/mL、5mg/mL、lmg/mL的血清蛋白溶液進行實驗測量,每一種濃度重復測量8次，得到的數據如表I所示。表12. OX 10-4mol/L四羧基酞菁鋅溶液與血清蛋白實驗數據
權利要求
1.一種人體血清蛋白濃度測試裝置，其特征在于裝置由發光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源與SSPM探測器、信號處理電路與顯示模塊組成；所述微透鏡陣列接收發光二極管陣列發出的光，濾光片緊連微透鏡陣列用于過濾穿過微透鏡陣列的光，匯聚透鏡與濾光片相連匯聚過濾后的光，樣品池位于匯聚透鏡的匯聚點上，光線經匯聚透鏡匯聚后入射到樣品池，光纖光錐位于匯聚透鏡下方，與匯聚透鏡的軸線成90°夾角，采集并傳輸樣品受光源發出的光激發產生的熒光光波，窄帶濾光薄膜位于匯聚透鏡末端，用于過濾光線光錐采集熒光的背景雜光，SSPM探測器與窄帶濾光薄膜相連，將熒光轉換為電壓信號，信號處理電路對SSPM探測器輸出的電壓信號進行處理，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。
2.根據權力要求I所述的人體血清蛋白濃度測試裝置，其特征在于所述發光二極管陣列的排列方式為線排列方式、面排列方式或立體排列方式。
3.根據權利要求I所述的人體血清蛋白濃度測試裝置，其特征在于所述發光二極管陣列發出波長為405nm的光。
4.根據權利要求I所述的人體血清蛋白濃度測試裝置，其特征在于所述窄帶濾光薄膜的中心波長為475nm。
5.一種權力要求I所述的人體血清蛋白濃度測試裝置的測試方法，其特征在于由下述步驟完成 步驟一取ImL人體血清蛋白與3mL IX 10_3mol/L四羧基酞菁鋅混合,使樣品池中的血清蛋白與四羧基酞菁鋅起顯色反應； 步驟二 對上述步驟中反應物在發光二極管陣列發出的光準直、濾光、匯聚后，使其入射到上述樣品池內待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應溶液上，光源激發所述樣品池內的待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白的反應溶液產生波長為475nm的熒光； 步驟三光纖光錐采集步驟二中產生的熒光，使其通過窄帶濾光薄膜濾除其背景雜光，并將過濾后的突光傳輸給SSPM探測器,轉換為電壓信號； 步驟四采用信號處理電路對SSPM探測器輸出的信號進行處理，通過比較不同濃度血清蛋白標準樣品對應的電壓幅度值，制定標準曲線，根據待測樣品所對應的電壓幅度值，獲取待測樣品中血清蛋白的含量，并將血清蛋白的濃度值在顯示模塊的液晶屏上顯示。
全文摘要
本發明公開了一種人體血清蛋白濃度測試裝置及測試方法，該裝置由發光二極管陣列、微透鏡陣列、濾光片、匯聚透鏡、樣品池、光纖光錐、窄帶濾光薄膜、電源和SSPM探測器、信號處理電路和顯示模塊組成；該方法由所述發光二極管陣列產生的光經過準直、濾光、匯聚后入射到樣品池內待測四羧基酞菁鋅與血清蛋白反應溶液上，上述反應溶液受光源激發后產生熒光，光纖光錐對熒光采集并傳輸，所述窄帶濾光薄膜對背景雜光進行濾除，SSPM探測器對光信號進行光電轉換，信號處理電路將SSPM探測器輸出的信號進行處理后將血清蛋白的濃度值顯示在顯示模塊的液晶屏上。本發明的測試裝置體積小、成本低、攜帶方便、靈敏度高，測試方法操作簡單，利于推廣。
文檔編號G01N33/68GK102707072SQ20121021560
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者馮家臣, 馮巧玲, 周漢昌, 王高, 程耀瑜, 薛忠晉, 趙輝 申請人:中北大學