基于图像传感器的金标免疫分析技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoqingxiaoming
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免疫测定是基础研究和临床检测中广泛使用的一种技术,遍及医学检测的各个领域。随着免疫测定技术的不断发展,许多新技术取代了传统的检测方法,金标免疫层析检测法,亦称金标免疫层析试纸条检测便是其中之一。金标免疫层析试纸条检测具有诸多优点,包括检测速度快、操作简便、无污染、试剂稳定等,已受到临床检验界的极大关注,并发展成为临床检验的前沿领域。  POCT(Point of Care Testing)以其方便、快速、高效而受到了人们的青睐,近年在国内外都得到了快速发展。随着中国医改的实施以及防病健康知识的提高,今后POCT在健康保健、疾病预防监控中的需求量更多,发挥的作用更大。  但是,目前国内外金标免疫层析试纸条(简称:金标试纸条)定量检测的POCT仪器的性能并不理想,并且国外进口仪器价格较高,使该类型仪器在国内的应用受到了限制。在已经出王见的金标试纸条检测POCT仪器中,其测量方式主要分为扫描测量和成像测量。对于采用扫描测量方式对金标试纸条进行检测的系统,其机械结构复杂,测量时间相对较长,且易受外界干扰。成像测量较扫描测量,具有快速、稳定等优点。但是对于采用成像测量方式的检测仪器,我们尚未看到对于照明和图像质量进行相关研究的检测仪器,而恰恰这两个方面会直接影响到仪器的检测性能。因此,研究并发展具有中国自主知识产权的高性能金标试纸条定量检测的POCT仪器的具有重要的意义与价值。  围绕着研制出一种具有高灵敏度、高重复性、快速、稳定、便携、功耗低、成本低、结构简单等优点的成像型金标试纸条定量检测POCT仪器的目标,本论文的主要内容如下:  (1)概述了POCT的发展及应用、金标免疫层析试纸条POCT定量检测仪器的发展现状、图像传感器以及DSP技术的发展状况,为本论文工作的开展奠定了必要的基础。  (2)深入研究了金标试纸条定量检测理论,分析了纳米金颗粒的光学特性以及胶体金免疫标记技术的基本原理。之后,着重研究了金标试纸条结构,以及与本课题有关的双抗夹心法金标免疫层析反应原理。  (3)开展了基于图像传感器的成像型金标试纸条检测POCT仪器(简称:金标条阅读仪)的整体设计。本论文从光学模块、控制系统模块和图像数据算法模块这三个模块开展金标条阅读仪的设计。同时,根据成像型仪器的特点,提出了提升仪器性能的关键技术点,即优化设计金标试纸条上照明均匀性和图像传感器成像参数,以此来提高金标条阅读仪的检测灵敏度。最后,详细介绍了金标条阅读仪设计的主要组成:OV663图像传感器、TMS320C6747 DSP芯片和嵌入式实时操作系统DSP/BIOS。  (4)开展了金标条阅读仪的详细设计,具体内容包括金标条阅读仪照明均匀性设计,OV6630图像传感器成像参数优化设置,仪器内部图像硬件设备操做方法和电路连接,C6747 DSP芯片内部相关模块的软件设计,定量检测的图像数据处理算法设计,以及上述软什设计的操作流程。针对仪器的成像控制参数优化设计,提出了评价图像质量的两个评价参数。在上述详细设计的基础上,研制了一台金标条阅读仪样机,并介绍了该样机的工作过程。  (5)开展了金标条阅读仪性能评价的实验。使用所研制的金标条阅读仪对系列浓度的心肌肌钙蛋白(I)(cTn(I))金标试纸条进行检测实验研究。仪器对高浓度cTn(I)金标试纸条(64 ng/ml)测量结果的变异系数仅为0.134%,对低浓度cTn(I)金标试纸条(0.25 ng/ml)测量结果的变异系数仅为2.790%;检测灵敏度优于0.25 ng/ml;并采用4-PL曲线对实验测量的数据进行拟合,拟合相关系数R2优于0.99;完成一次检测时间约为1秒。实验数据表明,该金标条阅读仪具有重复性好、灵敏度高、动态范围大、响应特性好、检测速度快等优点。  
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