盐酸克伦特罗试纸数字化检测仪的设计

王艳华 何保锋

摘要：[目的]设计袖珍式读条仪，以提升试纸条的检测性能。[方法]利用图像传感器和数字处理器制作袖珍式读条仪，根据试纸条中形成的条纹图像的灰度值与标记的金颗粒数成正比，从而建立灰度值与待测物含量一一对应的关系。[结果] 利用该读条仪在盐酸克伦特罗含量从0-100ng/ml区间判读，不仅可将结果分为阳性（>3ng/ml）和阴性（0或<3ng/ml），还能读出含量的具体数值。[结论]该袖珍读条仪判读可应用于现场，能将试纸条的检测性能由定性提高为定量。

关键词： DSP （ Digital Signal Processor）数字图像处理器；袖珍读条仪；灰度值；盐酸克伦特罗

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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

试纸条以价格低廉和简便快捷的特点，广泛地应用于食品安全的检测中。河南省农科院以张改平为首的科研团队针对小分子半抗原免疫原性的关键问题，分析了小分子药物的分子结构，设计了一系列小分子药物半抗原的合成路线，通过偶联位点、连接臂、载体效应、偶联率的筛选试验，建立药物完全抗原的偶联方法，制备了完全抗原。利用胶体金标记抗原和标记抗体两种免疫膜层析技术模式，研制成功了快速检测免疫试纸，成功地发明了检验盐酸克伦特罗（俗称瘦肉精）的试纸条，使用时只需要在试纸条的样品端侵入被测猪的尿液，尿液随着MAX箭头所指的方向沿薄膜流动，几分钟后就会在设定位置出现一条或者两条红线，出现两条线表示样品为阴性，即不含盐酸克伦特罗；出现一条线为阳性，说明被测猪在饲养过程中添加了违禁的盐酸克伦特罗（图1）。

图1 盐酸克伦特罗试纸条及其检测结果

当样本中含有盐酸克伦特罗时，盐酸克伦特罗就会和检测线上的牛血清白蛋白偶连的盐酸克伦特罗竞争性的结合盐酸克伦特罗的金标单抗，盐酸克伦特罗越多，检测线显色越弱。金颗粒沉积的多寡反映了条纹的浓淡，在典型的情况下就是条纹的有和无，容易作出阳性和阴性的判别，在非典型的情况下是条纹的深和浅，用肉眼判别就容易产生歧义。如果我们在试纸条的检测中用仪器读无疑比目测能得到精确得多的结果。例如利用TSR3000读条仪就可以精确分析条纹的光密度，计算各种结果。只是由于价格昂贵，体积庞大（必需与电脑相连）和操作复杂（需专业人员分析）等原因，机读无法应用于现场，在现今的实际应中试纸条检测完全是靠肉眼判读的。

图2 盐酸克伦特罗试纸条数字化检测仪原理图

根据图像分析适当处理，应用微电子技术可以制作一个小巧便于携带专门的盐酸克伦特罗试纸数字化检测仪。它的硬件结构是由图像传感器、液晶屏和ARM主板组成，体积。它从高精度CCD传感器采集到条纹的图像信号，经过A/D模数据转换后送到DSP数字信号处理器进行图像处理，再经CPU微处理器将图像信号进行分析和计算，将结果以文字或图形的形式用LCD液晶显示屏表达出来。它的软件系统是预置于ROM寄存器中的专门程序，开机时自动运行，数据处理中还要用到JPEG图像的压缩处理办法和随时调取寄数据库中的数据。

用该仪器检测沿试样流动方向跨越检测线和质控线检测到的相对灰度图如图三所示，两条曲线分别对应阴性和阳性两种结果。 阴性曲线在检测线位置和质控线位置分别出现了两个比较大的（这里大于5）尖峰，对应这里出现两个看得见的条纹。阳性曲线在质控线位置出现一个很高的峰值，但是在检测线位置的灰度值却很小（这里小于等于1），说明这时质控线仍然明显可见，但检测线则小到几乎不可辨，于是用肉眼判断试纸条上只出现一条条纹。

图3 对应阳性和阴性情况下两条检测曲线的灰度值

在有效检测的条件下，质控线峰总是出现的。于是检测线峰的强弱就成了判别是阳性还是阴性的关键。在我们的实验条件下，在盐酸克伦特罗含量从零到1000ng/ml的变化过程中检测线灰度值的相对变化如图四所示。可以看到，当样品的盐酸克伦特罗含量小时检测线的灰度值较大，试纸的反应等同于样本阴性，肉眼可看到两个明显的条纹；在盐酸克伦特罗含量大（例如当盐酸克伦特罗含量为10ng/ml）时，检测线条纹的灰度值仅为1（从白到黑分为为256份），这时肉眼根本看不出，但用仪器检测则可读出具体的灰度值。我们将阴性定义为盐酸克伦特罗含量为零（0或<3ng/ml检测不到）；盐酸克伦特罗含量>3ng/ml称为阳性，根据对应曲线还可以由灰度值推断盐酸克伦特罗含量的含量。于是，用该仪器数字化判读就实现了检测的数值化，是对当前试纸条使用的一种拓展和补充。

图4 试纸条检测线峰灰度值的变化曲线

该仪器设置还设计有智能化的人机对话界面（图5），点击触摸屏上的图标，存储在芯片中的程序就会自动运行实现转换，对操作中出现的各种情况会给以提示。由于生产中不同批次的蛋白质的活性有微小差异，金颗粒的大小也会对检测线的灰度值造成影响，故每当使用一个新批次的试纸条时都要先对仪器进行校准。校准的方法是将试纸条滴入生理盐水后放到仪器中观测（这时试纸条应显示阴性结果，即两条条纹）再按调零按钮，仪器会利用预存数据库中的数据自动找到匹配的程序和判别标准。仪器面板还设有切换按钮，除用数据显示结果外，还可以进一步显示条纹的图像和灰度值。该仪器还设置有通讯端口，可供将来对内存的数据库和运行程序进行更新和升级。具有自动运行、表达简捷、结论准确和便于携带等特点，适合现场使用。

图5 试纸条数值化检测仪的人机对话界面

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