王艷華 何保鋒

摘要：[目的]設(shè)計(jì)袖珍式讀條儀，以提升試紙條的檢測性能。[方法]利用圖像傳感器和數(shù)字處理器制作袖珍式讀條儀，根據(jù)試紙條中形成的條紋圖像的灰度值與標(biāo)記的金顆粒數(shù)成正比，從而建立灰度值與待測物含量一一對應(yīng)的關(guān)系。[結(jié)果] 利用該讀條儀在鹽酸克倫特羅含量從0-100ng/ml區(qū)間判讀，不僅可將結(jié)果分為陽性（>3ng/ml）和陰性（0或<3ng/ml），還能讀出含量的具體數(shù)值。[結(jié)論]該袖珍讀條儀判讀可應(yīng)用于現(xiàn)場，能將試紙條的檢測性能由定性提高為定量。

關(guān)鍵詞： DSP （ Digital Signal Processor）數(shù)字圖像處理器；袖珍讀條儀；灰度值；鹽酸克倫特羅

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）06-1291-03

The Design of Clenbuterol Test Strip Digital Detector

WANG Yan-hua1， HE Bao-feng2

（1. Henan Information Engineering College，Zhengzhou 450000； 2. Department of Computer Science， Sias University，Zhengzhou 451150， China）

Abstract： [Object] A mini digital detector has been designed to enhance the useful performance of a test strip. [method] A mini digital detector using a digital image sensor and a central processor，gives a relationship between the measured gray value， which is directly proportional to the number of gold particles of the marker and the drug content of samples. [result] The results not only can be divided into positive （ > 3ng / ml ） and negative （ 0 or < 3ng / ml ）， can read content specific numerical. [Conclusion ] the pocket reading meter reading can be used in the scene， will test strip detection performance by improving for qualitative quantitative.

Key word： Digital Signal Processor；mini digital detector；gray value；Clenbuterol

試紙條以價(jià)格低廉和簡便快捷的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于食品安全的檢測中。河南省農(nóng)科院以張改平為首的科研團(tuán)隊(duì)針對小分子半抗原免疫原性的關(guān)鍵問題，分析了小分子藥物的分子結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一系列小分子藥物半抗原的合成路線，通過偶聯(lián)位點(diǎn)、連接臂、載體效應(yīng)、偶聯(lián)率的篩選試驗(yàn)，建立藥物完全抗原的偶聯(lián)方法，制備了完全抗原。利用膠體金標(biāo)記抗原和標(biāo)記抗體兩種免疫膜層析技術(shù)模式，研制成功了快速檢測免疫試紙，成功地發(fā)明了檢驗(yàn)鹽酸克倫特羅（俗稱瘦肉精）的試紙條，使用時(shí)只需要在試紙條的樣品端侵入被測豬的尿液，尿液隨著MAX箭頭所指的方向沿薄膜流動，幾分鐘后就會在設(shè)定位置出現(xiàn)一條或者兩條紅線，出現(xiàn)兩條線表示樣品為陰性，即不含鹽酸克倫特羅；出現(xiàn)一條線為陽性，說明被測豬在飼養(yǎng)過程中添加了違禁的鹽酸克倫特羅（圖1）。

圖1 鹽酸克倫特羅試紙條及其檢測結(jié)果

當(dāng)樣本中含有鹽酸克倫特羅時(shí)，鹽酸克倫特羅就會和檢測線上的牛血清白蛋白偶連的鹽酸克倫特羅競爭性的結(jié)合鹽酸克倫特羅的金標(biāo)單抗，鹽酸克倫特羅越多，檢測線顯色越弱。金顆粒沉積的多寡反映了條紋的濃淡，在典型的情況下就是條紋的有和無，容易作出陽性和陰性的判別，在非典型的情況下是條紋的深和淺，用肉眼判別就容易產(chǎn)生歧義。如果我們在試紙條的檢測中用儀器讀無疑比目測能得到精確得多的結(jié)果。例如利用TSR3000讀條儀就可以精確分析條紋的光密度，計(jì)算各種結(jié)果。只是由于價(jià)格昂貴，體積龐大（必需與電腦相連）和操作復(fù)雜（需專業(yè)人員分析）等原因，機(jī)讀無法應(yīng)用于現(xiàn)場，在現(xiàn)今的實(shí)際應(yīng)中試紙條檢測完全是靠肉眼判讀的。

圖2 鹽酸克倫特羅試紙條數(shù)字化檢測儀原理圖

根據(jù)圖像分析適當(dāng)處理，應(yīng)用微電子技術(shù)可以制作一個(gè)小巧便于攜帶專門的鹽酸克倫特羅試紙數(shù)字化檢測儀。它的硬件結(jié)構(gòu)是由圖像傳感器、液晶屏和ARM主板組成，體積。它從高精度CCD傳感器采集到條紋的圖像信號，經(jīng)過A/D模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后送到DSP數(shù)字信號處理器進(jìn)行圖像處理，再經(jīng)CPU微處理器將圖像信號進(jìn)行分析和計(jì)算，將結(jié)果以文字或圖形的形式用LCD液晶顯示屏表達(dá)出來。它的軟件系統(tǒng)是預(yù)置于ROM寄存器中的專門程序，開機(jī)時(shí)自動運(yùn)行，數(shù)據(jù)處理中還要用到JPEG圖像的壓縮處理辦法和隨時(shí)調(diào)取寄數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

用該儀器檢測沿試樣流動方向跨越檢測線和質(zhì)控線檢測到的相對灰度圖如圖三所示，兩條曲線分別對應(yīng)陰性和陽性兩種結(jié)果。 陰性曲線在檢測線位置和質(zhì)控線位置分別出現(xiàn)了兩個(gè)比較大的（這里大于5）尖峰，對應(yīng)這里出現(xiàn)兩個(gè)看得見的條紋。陽性曲線在質(zhì)控線位置出現(xiàn)一個(gè)很高的峰值，但是在檢測線位置的灰度值卻很小（這里小于等于1），說明這時(shí)質(zhì)控線仍然明顯可見，但檢測線則小到幾乎不可辨，于是用肉眼判斷試紙條上只出現(xiàn)一條條紋。

圖3 對應(yīng)陽性和陰性情況下兩條檢測曲線的灰度值

在有效檢測的條件下，質(zhì)控線峰總是出現(xiàn)的。于是檢測線峰的強(qiáng)弱就成了判別是陽性還是陰性的關(guān)鍵。在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，在鹽酸克倫特羅含量從零到1000ng/ml的變化過程中檢測線灰度值的相對變化如圖四所示。可以看到，當(dāng)樣品的鹽酸克倫特羅含量小時(shí)檢測線的灰度值較大，試紙的反應(yīng)等同于樣本陰性，肉眼可看到兩個(gè)明顯的條紋；在鹽酸克倫特羅含量大（例如當(dāng)鹽酸克倫特羅含量為10ng/ml）時(shí)，檢測線條紋的灰度值僅為1（從白到黑分為為256份），這時(shí)肉眼根本看不出，但用儀器檢測則可讀出具體的灰度值。我們將陰性定義為鹽酸克倫特羅含量為零（0或<3ng/ml檢測不到）；鹽酸克倫特羅含量>3ng/ml稱為陽性，根據(jù)對應(yīng)曲線還可以由灰度值推斷鹽酸克倫特羅含量的含量。于是，用該儀器數(shù)字化判讀就實(shí)現(xiàn)了檢測的數(shù)值化，是對當(dāng)前試紙條使用的一種拓展和補(bǔ)充。

圖4 試紙條檢測線峰灰度值的變化曲線

該儀器設(shè)置還設(shè)計(jì)有智能化的人機(jī)對話界面（圖5），點(diǎn)擊觸摸屏上的圖標(biāo)，存儲在芯片中的程序就會自動運(yùn)行實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，對操作中出現(xiàn)的各種情況會給以提示。由于生產(chǎn)中不同批次的蛋白質(zhì)的活性有微小差異，金顆粒的大小也會對檢測線的灰度值造成影響，故每當(dāng)使用一個(gè)新批次的試紙條時(shí)都要先對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的方法是將試紙條滴入生理鹽水后放到儀器中觀測（這時(shí)試紙條應(yīng)顯示陰性結(jié)果，即兩條條紋）再按調(diào)零按鈕，儀器會利用預(yù)存數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)自動找到匹配的程序和判別標(biāo)準(zhǔn)。儀器面板還設(shè)有切換按鈕，除用數(shù)據(jù)顯示結(jié)果外，還可以進(jìn)一步顯示條紋的圖像和灰度值。該儀器還設(shè)置有通訊端口，可供將來對內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行程序進(jìn)行更新和升級。具有自動運(yùn)行、表達(dá)簡捷、結(jié)論準(zhǔn)確和便于攜帶等特點(diǎn)，適合現(xiàn)場使用。

圖5 試紙條數(shù)值化檢測儀的人機(jī)對話界面

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