金标试条定量测试仪器的研究

　　引　　言

　　近年来用免疫金标试条做临床诊断,由于具有直观、快速、操作简便、费用低廉等优点,所以发展很快。它应用了抗原、抗体特异性规律及胶体金显色的原理。

　　当试液(可取血、尿、唾液,视被检项目而定)浸泡或滴入试条时,试液通过吸水纤维的毛细作用,将胶体金一起带到吸附有抗体的测试线上,若试液中的抗原与此抗体相对应,则产生特异性结合,胶体金呈红色或紫红色,称阳性;反之不显色,称阴性[1]。目前仅靠目测定性判断,应用范围受到限制。由于抗原、抗体、胶体金这些材料都很贵,不可能象化学试剂那样,做成大面积显色区;同时背景有水、血、胶体金等,且在渗透过程中不均匀;而且抗原抗体的结合及胶体金显色属动态范畴,没有终止反应;所以传统比色仪的光学系统无法分辨。因此必须设计特殊的光学系统和仪器,才能解决金标试条定量测试的问题。

　　2　传感器的设计

　　2.1　反射型光纤传感器

　　反射型光纤传感器由入射光纤和接收光纤组成,它们之间的关系如图1。设这两根光纤的折射率为阶跃型分布,其间距为d,每根光纤直径为2a,数值孔径为NA,光纤与被测金标试条的距离为b。当光耦合强度最强,即所接收的光通量达最大值时,可求得[2]:

　　要使子午光线能在光纤中传输,其入射角θ应满足Sinθ 入射角)代入式(1)得:

　　设计光纤芯径2a=160μm;数值孔径NA=0.5;间距d=100μm。代入式(2)得:

　　选择b=250μm,保证光纤传感器在扫描时不会与金标试条相碰。

　　测试时,试条固定,单片电脑控制机械扫描系统,使光纤传感器从背景(硝酸纤维素膜区)向测试线扫描。光源发出的光经发送光纤射向被测体的表面,反射光由接收光纤收集,并传送到光探测器转换成电信号输出。根据漫反射原理,光纤传感器的输出信号可表示为[2]:

　　EV为被检测表面的光照度;R2为背景表面的反射率;R1为测试线表面的反射率;S为光纤传感器有效视场内测试线所占面积;ζ为光电变换系数。当EV、R2、ζ为确定值时,光纤传感器的输出电压信号VS仅与R1和S有关。所以,从VS值可以判断出测试线的颜色深浅和面积大小。

　　2.2　滤色片波长的选择

　　金标试条因金子颗粒直径大小差异,可呈现的颜色在粉红、红、紫红到紫色范围,其对应的波长约在600～700nm和400～450nm范围。根据互补光原理选择滤色片[3],选LB2型号的滤色片,其峰值波长为530nm,半宽度为100nm,波长与透射率关系满足要求。

　　3　仪器设计

　　3.1　硬件设计

　　本仪器由单片电脑AT89C51、并行输入/输出接口8155、模数转换器MC14433、扫描控制电路、光电转换电路、背景补偿电路、1×16LCD显示器等组成。为了保存测试结果,配有微型打印机。仪器的原理方框如图2所示。