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原文传递基于微流控芯片的侧向流纸条快速检测装置

专利名称：	基于微流控芯片的侧向流纸条快速检测装置
摘要：	本发明公开了基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，本装置由微型化体积定量装置、手持式图像检测与处理装置。在微型化微流控体积定量装置中，通过各类结构模块来调控检测样品的体积；通过废液腔来克服多余样品对检测环境造成的潜在污染。通过样品释放模块使得样品顺利释放到侧向流纸条上。在手持式图像检测与处理装置中，通过两个特定波长的LED灯作为激发光源来照亮侧向流纸条，通过一个微型摄像头采集侧向流纸条上检测区域图像，再经与微型摄像头相互集成的控制电路板实现检测图像的实时处理，提取侧向流纸条上测试线与控制线的灰度值，并将定性检测结果显示在LCD显示屏上。本检测装置实现了简单、便捷、低成本的侧向流检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京化工大学
发明人：	邱宪波;于洪洋;辛培;李鹏飞
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811646491.1
公开号：	CN109738622A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	沈波
分类号：	G01N33/52(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	100029 北京市朝阳区北三环东路15号
主权项：	1.基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：该装置包括微型化体积定量装置、手持式图像检测与处理装置；整个装置由PMMA板制成；图像处理装置外壳为黑色PMMA，而微流控装置使用的透明PMMA；其中，微型化微流控体积定量装置包括防溢出槽(4)、过滤膜(5)、流入通道(6)，定量腔(11)、定量腔流出通道(5)、废液腔(12)、阀门(8)、卡槽流入通道(20)、卡槽b(21)，同时外部还有一个透明薄膜，由此构建一个完整的封闭式系统；所述防溢出槽(4)、过滤膜(5)、流入通道(6)，定量腔(11)、定量腔流出通道(5)、废液腔(12)形成一个流体通道，通过此通道将样品注入卡槽b(21)，在侧向流纸条完成免疫层析反应；手持式图像检测与处理装置，包括图像处理按钮(18)、显示屏(1)、电路板(17)、摄像头(15)、卡槽a(9)、图像采集区(10)、总电源开关(7)、光源a(13)和光源b(14)、USB通道盖(2)、USB通道(3)、屏幕电路板连接装置(17)、图像处理开关(18)和嵌入槽(22)；纸条上有纸条检测反应部分(24)和加样孔(23)。 2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：芯片结构中有一个防溢出槽(4)，其位于微流控芯片最上方样品入口处，样品入口处有一过滤膜(5)，过滤膜(5)位于流入通道(6)里，液体通过流入通道(6)引流进入定量腔(11)，通过此结构实现样本的进样功能，同时，通过过滤膜将检测样品中的各类杂质过滤掉。 3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：本微流控芯片通过定量腔(11)实现样本的体积定量，定量腔左侧连接着废液腔(12)，用于存储多余样品；当样品过剩时，多余样品沿着两者之间的三角形斜坡由定量腔(11)流入废液腔(12)，三角形斜坡保证多余样品快速准确流入废液腔(12)；定量腔下方有一个定量腔流出通道(19)；根据样品进样的流动过程，通过定量腔(11)与废液腔(12)的相互配合，实现了准确的样品定量及过剩样品的存储。 4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：定量腔流出通道(19)下方连接着卡槽流入通道(20)、阀门(8)及卡槽b(21)，卡槽b(21)用于放置侧向流纸条的加样孔(23)，卡槽流入通道(20)和定量腔流出通道(19)中间的阀门(8)可以通过滑道控制流出通道的通断，当阀门(8)推到底端时，样品释放到加样孔(23)中，该样品释放模块的结构设计使得样品体积定量加样到侧向流纸条上。 5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：USB通道盖(2)和USB通道(3)位于侧边，底部有一总电源开关(7)，装置正下方为卡槽a(9)；装置内部有摄像头(15)、光源a(13)、光源b(14)、图像采集区(10)和电路板(16)；该装置有两种供电方式，一种是采用USB供电，通过将USB沿着USB通道(3)插入电路板(16)；另一种是电池供电，电池直接连接电路板(16)。 6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：光源a(13)与光源b(14)位于装置内部中间位置，在拍照时提供照明，以提高拍摄效果；摄像头(15)位于装置内部正上方，正对图像采集区(10)；电路板(16)及其连接装置(17)位于装置内部顶部，通过此结构设计准确拍摄侧向流纸条的反应检测区域。 7.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：图像处理按钮(18)、显示屏(1)位于装置外层顶部，USB通道(2)、USB通道盖(3)位于装置外部侧面，其和电路板(16)在同一水平面；当使用USB供电时，USB沿着USB通道(2)插入，此时USB恰好和USB通道(2)紧密贴合，防止外部光源进入，该设计保证装置内部的黑暗环境；当使用电池供电时，通过直接关闭USB通道盖(3)，保证在电池供电时的黑暗环境；装置外部侧面下方设有电源总开关(7)，该开关一键控制装置唯一电源。 8.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：装置底部有卡槽a(9)入口，该入口为纸条插入口，卡槽b(21)位于微流控芯片下部，用于放入侧向流纸条的加样孔；卡槽a(9)和卡槽b(21)对应相通，纸条通过卡槽a(9)与装置形成紧密配合，插入后，检测反应部分(24)位于图像采集区(10)，加样孔(23)正对微流控芯片的卡槽流入通道(20)，此结构既保证样品加入时，样品准确进入加样孔(23)，防止泄露污染反应环境，又保证检测反应部分(24)在图像采集区(10)中显示，检测位置准确；同时，装置的集成化设计简化了操作过程，实现了反应过程到检测图像分析的一体化操作。 9.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：图像处理算法功能模块实现了侧向流纸条的结果判读，包括预处理模块、定位模块，读值模块；其中，预处理模块首先获取侧向流纸条彩色图像，再将图像分割目标检测区域，以达到缩小图像分析区域的目的，接着将图像灰度化并使用高通滤波去除噪声点，平滑图像；图像预处理完成后，使用定位模块找寻并定位控制线和测试线边界；具体而言，首先从目标检测区域左侧开始检索，以左侧纵向中间像素点M(m,0)为基准点，使用a(x,y)模板寻找控制线左边界，依次计算图像上a(x,y)位置处的所有点的灰度值与Sobel纵向算子Gy的卷积和的绝对值，并对模板上所有点的卷积和的绝对值求和，记作S(i)，取S(i)值最大的位置为左边界位置，记横坐标为C_Left，；再以相同的方法，以(C_left，0)为基准点在搜索区域(C_Left,C_Left+30)使用a(x,y)模板与Soble配合得到控制线右边界C_Right；同理，左右边界确定后，以(C_left，0)为基准点使用b(x,y)模板与Sobel横向算子卷积求和方法分别向上、向下找寻上边界C_Up与下边界C_down，此时控制的边界已检索完毕；以检索到的控制线区域的长和宽的长方形框架为模板，在搜索区域向右依次检测，计算长方形框架上的所有点的灰度值的和sum；在搜索区域内，记sum最大值处长方形框架左边界点的横坐标为T_Left,右边界为T_Right,测试线上下边界与控制线边界一致，完成测试线边界的检测；读值模块根据已经得到的边界定位结果，读取控制线区域、测试线区域灰度值，得到侧向流纸条的检测结果，将结果保存并将其显示在显示屏(1)上。 10.根据权利要求1所述的基于微流控芯片侧向流纸条快速检测装置，其特征在于：首先将侧向流纸条从卡槽a(9)插入，此时纸条和微型化体积定量装置、手持式图像检测与处理装置结合，纸条的加样孔(23)被固定在卡槽b(21)中，通过滴定管，将样品从注入通道(6)中注入，样品在过滤膜(5)的作用下，流动、释放速度较慢，样品暂时聚集在防溢出槽(4)中，沿着斜坡缓慢下沉到定量腔(11)中，多余样品将沿着三角形斜坡流入废液腔(12)；待稳定后，将阀门(8)推到底部，此时样品会流入加样孔(23)；打开USB盖(2)，将USB线沿着USB通道(3)插入，此时USB对装置供电，打开电源总开关(7)，按下图像处理按钮(18)，此时，光源a(13)和光源b(14)被点亮，侧向流纸条将显示反应结果；同时摄像头(15)开始拍照，拍摄位于图像采集区(10)中的检测反应部分(24)，摄像头(15)将内容传输至电路板(16)，在电路板(16)中进行图像处理，随后将结果由连接装置(17)，传送至显示屏(1)。
所属类别：	发明专利