[发明专利]基于电控磁富集‑分离和全内反射磁成像的光学检测仪

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学检测技术领域，特别是一种基于电控磁富集-分离结构和全内反射磁成像光学检测结构的光学检测仪。

背景技术

样品中，尤其是血液样品中低浓度物质检测，通常采用免疫检测技术，为了减少干扰，首先需要对血液样品进行离心分离去除血细胞等前处理步骤，增加了检测时间和检测步骤；为了增加检测的准确性和灵敏性，很多免疫反应采用磁粒子分离技术将低浓度的待检测物从样品中分离出来，也需要将复合磁粒子通过离心分离出来并进行洗涤，检测灵敏度高，但是步骤繁琐。仪器庞大而昂贵，操作复杂，成本高，并且需要专业的检验人员来操作，限制了检测检测时间和检测场所，无法用于基层和现场检测。

例如，尿微量白蛋白(mAlb)的增高多见于糖尿病肾病、高血压、妊娠子痫前期，是肾损伤的早期敏感指标。如果在体检后发现尿中的微量白蛋白在20mg/L-200mg/L范围内，就属于微量白蛋白尿，如果患者能够经过规范的修复肾单位，逆转纤维化治疗，尚可彻底修复肾小球，消除蛋白尿。而当尿中微量白蛋白超过200mg/L时，此时证明肾病患者已有大量白蛋白漏出，肾病发展离不可逆期只有一步之遥，如果不及时进行医治，就会进入尿毒症期。所以，能够简单、快速、有效的检测出低浓度的尿微量白蛋白的异常增高，在生物医学检测技术领域具有至关重要的作用。

电控磁富集-分离结构是通过放置在检测芯片上下两侧的小型加强磁柱或者磁片，交替加电/断电产生交替的磁场，实现对芯片上磁粒子的双向驱动分离和富集。另外，采用恒温加热技术，通过温度传感器和加热片实现反应区域恒温环境，免疫反应在特定环境进行，消除温度造成的反应差异误差。全内反射磁成像光学检测结构包括入射光路和检测光路两部分，光学检测部分封闭在暗盒中，其中光源发射模块，包含光源控制电路板、光源，其中光源包括扩束镜、光阑等，光源的发散角、光斑等参数可通过光阑等方式来调节，形成一束均匀的平行单色光；检测光路部分包括相机、显微镜头和远心镜头、焦平面调节镜等；光学检测部分还包括图像识别软件，采用MATLAB或者嵌入式C软件实现对图像的显示、存储和灰度识别分析对比以及尺度分析。最终通过检测装置中的CCD相机或CMOS相机、发光二极管或光电倍增管进行全内反射磁成像光学检测过程，对芯片上形成的磁粒子圆斑进行阵列图像获取和分析，并进行浓度校正计算，从而得到待测物质的浓度。

其中，电控磁富集-分离结合全内反射磁成像光学检测原理为：首先将两种反应物(例如抗体1结合磁粒子形成复合磁微粒子固定在芯片内的上方；抗体2固定在芯片内的下方)分别固定在芯片内表面膜上，然后加入待测样品，样品中的抗原与芯片上的复合磁微粒子发生结合反应；通过电控双磁场按照一定频率分别给上下两个磁线圈加电，产生上下变换的磁场，下磁场作用时，结合抗原的复合磁微粒子加速向芯片下方移动，与抗体2结合，形成牢固的结合物，附着在芯片下方。上磁场作用时，将未结合的复合磁微粒子吸引至芯片上方。上下磁场分别反复施加，加速抗原-复合磁微粒子与下方抗体的结合和分离，抗体-磁粒子在反应池中上下运动，增加了与样品中待测物质的接触，提高了反应结合速度，大大减少了反应时间。反应充分后再施加上磁场作用，将未结合的多余的复合磁微粒子吸引至芯片上方，反应的抗原-复合磁微粒子则通过抗体2结合作用留在芯片下方，形成磁微粒子聚集，由于抗原浓度不同，由磁微粒子形成聚集区的灰度值会随之变化，待测物的浓度与最终被固定在反应池底侧的纳米磁粒子密度成正比。光源发出的会聚平行光通过芯片的大于临界角的光学角度面进入芯片后，从高折射率芯片材料进入低折射率样品液体膜后，发生全反射，但在芯片液体反应界面逐渐聚集的磁粒子阵列引起表面膜的折射率变化，全反射受到干扰，反应区全反射后光线照射到CCD面阵或者其它光学元件接收器上，实时地记录整个反应过程的信号变化，就可以用采集到的不同灰度的磁粒子阵列的CCD图像或者其它光学图像，采用相应的软件处理，模数转化为得出光强数据曲线，经过标定后，获得被测物的浓度等参数。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对血样等微量样品中低浓度物质的检测，现有检测仪器具有所需检测仪器过于庞大、检测步骤繁多的局限性问题；尤其是针对微量白蛋白及其更低浓度的蛋白类物质和细胞等时，需要操作步骤繁杂，不适于快速检测，适用范围非常小；而其中涉及到的多步检测步骤中对专业水平需要较高，大大限制了非专业人员的使用。所以，本发明针对于此，非常有必要发明一种适用于低浓度物质的检测、检测快速灵敏、适用范围广泛、对专业水平需求较低的小型光学检测仪。

(二)技术方案