金標免疫層析技術(shù)是一種將膠體金標記技術(shù),、免疫檢測技術(shù)和層析技術(shù)等多種技術(shù)結(jié)合在一起的固相標記免疫技術(shù),，因其操作簡便、快速,，且具有很高的異性和敏感性,，已廣泛應用于人絨毛膜促性腺激素（HCG）、鼠疫,、乙肝,、寄生蟲、艾滋病等臨床檢測中[1],。金標免疫試紙條檢測目前主要停留在定性判斷,，應用范圍受到很大限制。定性判斷容易受人為因素的干擾,，且靈敏度低,，可能出現(xiàn)“假陽性”與“假陰性”，而且在臨床上不能建立該待檢指標的動態(tài)過程[2-3],。因此,，研究試紙條的定量測試儀器具有重要意義。

    國內(nèi)外學者對膠體金試紙條的定量測試進行了一系列研究,，光電檢測技術(shù)是普遍采用的檢測方案,，但是信號的接收部分存在多種設計方案，各有優(yōu)弊,。采用光敏電阻測量方案,，電路簡單、測量光強范圍廣,，但是光敏電阻在測量中存在嚴重的阻值漂移,，影響測量精度；采用CCD,、CMOS等圖像傳感器測量顯色區(qū)域,，雖然避免了設計機械掃描機構(gòu)，但是后期對圖像的分析處理同樣復雜,，而且這種方案成本較高,，難以在市場上推廣。本文設計的儀器采用綠光LED作為發(fā)射光源,，以光電二極管接收試紙條反射光,，并通過步進電機帶動檢測系統(tǒng)掃描試紙條待檢區(qū)域,，從而快速、準確讀取膠體金試紙條檢測結(jié)果,。但由于檢測系統(tǒng)不可能處于完全黑暗的環(huán)境,，必然會受到環(huán)境的噪聲干擾。對此,，本儀器還通過控制光源信號的調(diào)制及接收信號的解調(diào)過程，使光電傳感器只對特定頻率光信號敏感,，從而消除了光譜的背景光及環(huán)境電磁干擾,，提高了儀器系統(tǒng)檢測精度。
1 金標免疫試紙條定量檢測原理
    金標免疫層析技術(shù)原理是：將特異性抗體先固定于硝酸纖維素膜的某一區(qū)帶,，當干燥的硝酸纖維素膜一端滴入樣品（可取血,、尿、唾液）后,，由于滲透作用,，樣品沿著纖維膜移動，當移動到固定有抗體的區(qū)域時,，樣品中相應的抗原即與該抗體發(fā)生特異性結(jié)合,，發(fā)生顯色。纖維素膜上一般有兩條線：檢測線（簡稱T線）和對照線（簡稱C線）,。結(jié)果判定：如果檢測線和對照線均顯色,，則為陽性，表明樣品中含有待檢物,；如果僅對照線上顯色而檢測線未顯色,，則為陰性結(jié)果，即未檢測到目標物質(zhì),；如果對照線上未顯色,，則無論檢測線上是否顯色，都認為此次檢測失敗,。如果樣品中含有待檢物,，則檢測線會顯色，而且樣品中目標待測物的含量越高,，顯色會越深[1,，4]。
    根據(jù)吸光度原理,，物體顏色的深淺和光的吸收與反射有關(guān),。顏色越深，則對光的吸收越強,，反射的光強就越弱,。因此,，目標待測物的濃度和檢測帶的反射光強呈負相關(guān)關(guān)系。在待檢物一定濃度內(nèi),，可認為反射光強與其濃度成線性關(guān)系,。基于以上原理,，通過適當?shù)墓怆姍z測方法測量出反射光強,，就可計算出目標待測物的濃度[3-5]。
2 系統(tǒng)設計
    金標免疫試紙條分析儀主要由機械掃描模塊,、光路模塊,、電路控制模塊、輸入輸出模塊組成,，如圖1所示,。電路控制模塊控制LED光源發(fā)出中頻光信號照射到試紙條上，然后驅(qū)動步進電機移動,，以帶動機械掃描模塊移動,。光電二極管接收掃描得到的試紙條上反射的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號后送入電路控制模塊進行處理。該系統(tǒng)外擴微型打印機,、LCD,、SD卡等輸出設備，處理后得到的檢測結(jié)果可被即時打印出來或者由LCD顯示,，也可存儲到SD卡,，供后期海量數(shù)據(jù)的分析、比對使用,。

2.1 系統(tǒng)光路設計及機械結(jié)構(gòu)
    金標免疫試紙條上顯色物質(zhì)為納米金顆粒,，其聚集形成暗紅色條帶，對綠光的吸收最強烈,。為了增加光強,，本系統(tǒng)中對稱安裝一對高穩(wěn)定性的強光綠色LED作為照明光源，其波長約為520 nm,，接收部分使用高靈敏度的光電二極管,。光路模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，掃描系統(tǒng)機械圖如圖3所示,。

    從圖2和圖3可以看出,，LED光源和光電二極管組成光路系統(tǒng)。光路系統(tǒng)固定在封閉暗箱內(nèi),，并可以隨步進電機沿著導軌滑動,，實現(xiàn)對試紙條檢測區(qū)域的掃描。掃描一次的步程為11.5 mm,，時間為8 s,。
2.2 系統(tǒng)電路設計
    電路設計是本系統(tǒng)設計的重點,。對試紙條的掃描檢測不可能在完全封閉、不透光的環(huán)境中進行,，因此,，光電傳感器接收的反射光信號中必然混雜著環(huán)境光線等一系列噪聲信號的干擾。如何從強干擾噪聲中提取出有效反射光信號是本次設計中的關(guān)鍵技術(shù),。
    干擾噪聲和有效反射光信號在測量中一直混雜著,，很難從時域上區(qū)分，故考慮從頻域上去噪,。干擾噪聲處于低頻段,，而系統(tǒng)需要采集的反射光信號是與光源一致(即可調(diào))的。所以可將綠光LED光源調(diào)制到中頻段,，即可產(chǎn)生中頻段的反射光信號，再通過濾波,、解調(diào)即可得到去除噪聲的有效光電信號[6],。
    如圖4所示，使用交流調(diào)制驅(qū)動LED,，使LED發(fā)出的綠光處于2 kHz的中頻波段,。試紙條反射的光信號通過光電二極管接收后轉(zhuǎn)為電流信號，電流信號通過精密I/V轉(zhuǎn)換電路后變成電壓信號,。此電壓信號經(jīng)過帶通濾波后,，實現(xiàn)與干擾噪聲的分離，然后進行放大,，得到交流待檢信號Signal_AC,。Signal_AC 的幅值表征反射光的光強，但此信號無法直接送入A/D轉(zhuǎn)換器得到幅值,，還需要恰當?shù)臋z波電路實現(xiàn)信號解調(diào),，經(jīng)過檢波電路后的信號如圖4中Signal_AD。系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字低通濾波器的功能,，相當于將信號積分平均處理,。如此，Signal_AD最終轉(zhuǎn)化成直流信號,，再進行采樣送入單片機處理,。

3 實驗結(jié)果及分析
    實驗樣品如圖5所示，每張試紙條中有兩條紅線,，其中上面一條顏色較深,，為C線，起對照作用,；下面一條顏色較淺的為T線,，T線顏色深淺即表征樣品的濃度大小,。配置T/C深淺比值分別為100%、50%,、30%,、10%、5%的5個試紙條進行掃描測試,。

    掃描檢測的結(jié)果如圖6所示,。每條試紙條掃描后的波形有兩個波谷，表征兩條色帶對光源的兩個吸收峰,。為了準確獲取曲線上的T值,、C值，采用面積積分法,，即分別求取兩個波谷面積T_Area,、C_Area，然后求取波谷相對面積比T/C,。從圖中可以看出,，5份樣品中對照線、檢測線均被檢出,，檢測結(jié)果分別為100%,、49.2%、29.6%,、10.6%,、4.5%。每份樣品檢出值與實際值誤差均小于1%,。對2號,、5號樣品分別掃描檢測10次，結(jié)果如圖7所示,。2號樣品均值為4.49%,，變異系數(shù)為1.15%；5號樣品均值為49.5%,，變異系數(shù)為0.5%,。可見,，該系統(tǒng)檢測結(jié)果穩(wěn)定性很高,，變異系數(shù)小于2%。

    基于光電檢測技術(shù)成功研制了一套金標免疫試條分析儀,。系統(tǒng)通過對光源信號的調(diào)制及對接收信號的解調(diào)技術(shù),，成功去除了干擾噪聲，提高了儀器檢測精度,。使用標準金標試紙條進行實驗,，檢測結(jié)果與實際值非常接近,，誤差小于1%；樣品的重復性實驗變異系數(shù)均低于2%,，表明該儀器測量結(jié)果穩(wěn)定性高,，抗干擾能力強。本儀器在金標試紙條的快速,、定量檢測中有廣闊的應用前景,。
參考文獻
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