易操作、好推广！以智能手机为平台的荧光免疫层析定量检测装置

荧光免疫层析定量分析具有精度高、检测速度快、操作简单等优点，广泛应用于环境保护、食品安全、临床医疗等领域。
福州大学物理与信息工程学院、福州大学至诚学院、福州大学福建省医疗器械和医药技术重点实验室，福州的研究人员郑齐、吴辉煌、高跃明，在2020年第4期《电气技术》杂志上撰文，基于Android平台、OpenCV计算机视觉库的图像降噪等处理技术，开发便捷操作的人机交互应用程序；制作便于携带且与手机匹配良好的荧光试条图像采集暗盒；设计滑动窗口图像分割算法，提取试条测试线、质控线和背景区域的灰度值，最终计算出试条的特征值。使用标准试条图片，对装置检验结果的重复性、有效性、计算耗时等进行测试。
实验结果表明：检测装置准确定位荧光试条图像中的测试线和质控线；在试条有效测试范围内，测试线的灰度值降低时，荧光试条图像特征值随之单调递减；改变滑动窗口的宽度对特征值的影响微小。

本文插图
近年来，现场快速检验（point of care test, POCT）已成为热门研究领域。 POCT检测仪器操作简单、体积小巧、便于携带，广泛应用于临床疾病诊断。荧光免疫层析分析是利用荧光物质标记抗体后，结合免疫层析试纸上的抗原抗体的特异性反应，通过检测荧光强度进行定量分析的技术。
近年来，生物技术发展迅速，荧光免疫层析分析技术也从专业医疗场所检测，发展到基层社区检测。因此，设计一款人机交互友好、价格低廉、方便携带的荧光免疫层析定量检测装置具有重要的研究意义。
1 研究现状
荧光免疫定量分析方法可以分为光电扫描法和图像分析法等。光电扫描法采用步进电动机带动光电接收器件扫描荧光试条，通过分析光电接收器件输出的模拟电信号变化规律进行定量检测。目前常见的荧光免疫定量分析仪大多以光电扫描方法来实现，如：Lateral Flow（德国Qiagen公司）、i-CHROMATM Reader（韩国）、飞测Ⅲ（广州万孚）等免疫荧光分析仪。虽然这些仪器具有较高的精度和稳定性，但因体积较大、使用和维护成本较高，难以在基层和家庭普及使用。
图像分析法通过电荷耦合器件（charge coupled device, CCD）或者互补金属氧化物半导体（com- plementary metal-oxide-semiconductor, CMOS）传感器采集试条图像，并采用图像分割、处理等技术提取特征值。由于减少了扫描电机和模拟信号处理电路，且软件可在线升级，后期校准操作简单，因此与光电法相比较，图像分析法的检测装置结构简单、检测信息更加丰富，是实现便携式免疫层析试条装置的最有效手段。
本文利用现有智能手机作为终端设备，设计出具有激发光源的测试暗盒，形成一款易于操作、便于推广的荧光免疫层析定量检测装置。
2 荧光免疫定量检测装置设计
本文设计的荧光免疫定量检测装置，主要由Android智能手机和荧光测试暗盒构成，如图1所示。制作时，选用魅蓝E智能手机作为载体，通过编写手机App实现人机交互功能，调用手机的主摄像头采集荧光试条图像，借助手机的运算核心进行图像分析。 3D打印荧光暗盒由上下两个部分组成，上半部分设计手机固定结构，并装配LED、微距镜、滤镜、电池等器件；下半部分包括荧光试条固定卡槽、装配定位销等结构。荧光测试暗盒结构如图2所示。

本文插图
图1 荧光免疫层析试条检测装置结构示意图

本文插图
图2 荧光免疫层析试条检测装置暗盒结构图