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CN117434141A - 样品检测方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

样品检测方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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CN117434141A
CN117434141A CN202311329407.4A CN202311329407A CN117434141A CN 117434141 A CN117434141 A CN 117434141A CN 202311329407 A CN202311329407 A CN 202311329407A CN 117434141 A CN117434141 A CN 117434141A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target sample
magnetic field
magnetic
specific binding
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311329407.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王伯宇
蒋志远
彭涛
屈继峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Metrology
Original Assignee
National Institute of Metrology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Metrology filed Critical National Institute of Metrology
Priority to CN202311329407.4A priority Critical patent/CN117434141A/zh
Publication of CN117434141A publication Critical patent/CN117434141A/zh
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

本申请涉及一种样品检测方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括:控制线性传动装置将目标样品向磁场测量装置的方向进行传动;获取目标样品在传动过程中,磁场测量装置测得的目标样品在每一时刻的磁场强度;通过线性传动装置,获取目标样品的传动时长;根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及传动时长,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线;基于磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。采用本方法,提高了目标样品中磁性标志物定量计算的准确度。

Description

样品检测方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及生物医学技术领域,特别是涉及一种样品检测方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
随着生物医学技术的发展,快速、准确、可靠的诊断技术变得越来越重要。免疫层析试纸作为一种快速检测工具,具有方便高效等优点,已经成为了生物医学检测的重要手段。目前,国内外研究者将磁性纳米颗粒(Magnetic nanoparticles,MNPs)探针引入到免疫层析试纸检测技术中,提出了磁性纳米颗粒标记的免疫层析试纸检测技术。
目前,磁性纳米颗粒标记的免疫层析试纸检测技术基于磁性纳米颗粒的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和顺磁性等特性,并与免疫层析技术(Immunoassay,IA)结合,具有快速、准确、高灵敏度和低成本等优点。不仅可以提高检测的灵敏度和特异性,还能够提供相对准确的定量检测结果。
然而,目前的磁性纳米颗粒标记的免疫层析试纸检测技术,往往通过电信号作为中间桥梁,通过复杂算法进行电磁信号的多次转换,增加了磁性标志物定量计算过程的不确定性,因此,目前的磁性纳米颗粒标记的免疫层析试纸检测技术进行定量检测的准确度较低。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提高样品中磁性纳米颗粒定量检测准确度的样品检测方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面,本申请提供了一种样品检测方法,应用于样品检测系统中的数据处理装置,所述样品检测系统还包括磁场测量装置以及线性传动装置,包括:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,所述磁场测量装置包括原子磁力计和磁屏蔽筒,所述磁屏蔽筒用于屏蔽地磁对所述原子磁力计产生的磁场影响,所述原子磁力计设置于所述磁屏蔽筒中,用于实时获取所述目标样品产生的磁场强度,并将所述目标样品在每一时刻产生的磁场强度发送至所述数据处理装置,所述控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动,包括:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁屏蔽筒的方向进行传动,并将所述目标样品传送至所述磁屏蔽筒中,以使所述目标样品经过所述磁屏蔽筒中的所述原子磁力计。
在其中一个实施例中,所述基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线;
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,所述根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线,包括:
根据所述目标样品的预设运动速度以及所述传动时长,确定所述目标样品的水平传动位移;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述水平传动位移,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
在其中一个实施例中,所述基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,包括:
将所述磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点;
根据所述位移零点对应的传动位移、以及所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
在其中一个实施例中,所述基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度;
基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,磁场计算参数包括背景磁场、真空磁导率、以及原子磁力计与所述目标样品的垂直距离,所述基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度,包括:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、所述真空磁导率、原子磁力计与所述目标样品的垂直距离、所述磁场强度最大值对应的传动位移、以及所述目标样品的水平传动位移,对所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
在其中一个实施例中,磁性标志物计算参数包括所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,所述基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数,所述磁化参数与所述目标样品中所述磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度正相关;
基于所述磁化参数和所述目标磁化强度,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,所述磁性标志物的数量与所述磁化参数负相关,所述磁性标志物的数量与所述目标磁化强度正相关。
第二方面,本申请还提供了一种样品检测装置,包括:
控制模块,用于控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取模块,用于获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
第一确定模块,用于根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
第二确定模块,用于基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,所述控制模块具体用于:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁屏蔽筒的方向进行传动,并将所述目标样品传送至所述磁屏蔽筒中,以使所述目标样品经过所述磁屏蔽筒中的所述原子磁力计。
在其中一个实施例中,所述第二确定模块具体用于:
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线;
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,所述第一确定模块具体用于:
根据所述目标样品的预设运动速度以及所述传动时长,确定所述目标样品的水平传动位移;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述水平传动位移,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
在其中一个实施例中,所述第二确定模块具体用于:
将所述磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点;
根据所述位移零点对应的传动位移、以及所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
在其中一个实施例中,所述第二确定模块具体用于:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度;
基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在其中一个实施例中,磁场计算参数包括背景磁场、真空磁导率、以及原子磁力计与所述目标样品的垂直距离,所述第二确定模块具体用于:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、所述真空磁导率、原子磁力计与所述目标样品的垂直距离、所述磁场强度最大值对应的传动位移、以及所述目标样品的水平传动位移,对所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
在其中一个实施例中,磁性标志物计算参数包括所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,所述第二确定模块具体用于:
基于所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数,所述磁化参数与所述目标样品中所述磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度正相关;
基于所述磁化参数和所述目标磁化强度,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,所述磁性标志物的数量与所述磁化参数负相关,所述磁性标志物的数量与所述目标磁化强度正相关。
第三方面,本申请还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
上述样品检测方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品,应用于样品检测系统中的数据处理装置,所述样品检测系统还包括磁场测量装置以及线性传动装置,通过控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度;通过所述线性传动装置,获取所述目标样品的传动时长;根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。采用本方法,基于目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述目标样品的传动时长,能够确定目标样品的抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,进而根据抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,能够定量检测出目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。由于无需进行多次电磁信号的转换,能够避免由于复杂算法进行电磁信号的多次转换导致的磁性标志物定量计算过程中带来的误差,从而提高了目标样品中磁性标志物定量计算的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案,下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中样品检测方法的应用环境图;
图2为一个实施例中样品检测方法的流程示意图;
图3为一个实施例中样品检测方法的检测原理图的示意图;
图4为一个实施例中样品检测系统的结构示意图;
图5为一个实施例中原子磁力计的工作原理的示意图;
图6为一个实施例中原子磁力计的结构示意图;
图7为一个实施例中确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量的流程示意图;
图8为一个实施例中目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线的示例示意图;
图9为一个实施例中确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线的流程示意图;
图10为一个实施例中确定目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线的流程示意图;
图11为另一个实施例中确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量的流程示意图;
图12为另一个实施例中确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量的流程示意图;
图13为一个实施例中不同浓度癌胚抗原的免疫层析试纸的检测结果的示意图;
图14为一个实施例中CEA浓度目标与磁化强度M值的关系曲线的示意图;
图15为另一个实施例中磁场强度比(MIt/c)与浓度的对数的关系曲线的流程示意图;
图16为一个实施例中样品检测装置的结构框图;
图17为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在介绍本发明的具体实施例之前,先对本发明中所涉及的专业术语进行解释:
免疫层析:免疫层析(immunochromatography)的原理是将特异的抗体先固定于硝酸纤维素膜的某一区带,当该干燥的硝酸纤维素一端浸入样品(尿液或血清)后,由于毛细管作用,样品将沿着该膜向前移动,当移动至固定有抗体的区域时,样品中相应的抗原即与该抗体发生特异性结合,若用免疫胶体金或免疫酶染色可使该区域显示一定的颜色,从而实现特异性的免疫诊断。
特斯拉:英文为tesla,符号表示为T,是磁通量密度或磁感应强度的国际单位制导出单位。
磁化:是指在受磁场的作用下,由于材料中磁矩排列时取向趋于一致而呈现出一定的磁性的现象。
剩余磁化强度:即剩磁通量密度/磁场强度,符号为Br,是指磁体经磁化至饱和以后,撤去外磁场,在原来外磁场方向上仍能保持一定的磁化强度。剩磁的极限值为饱和磁化强度。
圆偏振光:旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,是椭圆偏振光的特殊情形。当传播方向相同,振动方向相互垂直且相位差恒定为φ=(2m±1/2)π的两平面偏振光叠加后可合成电矢量有规则变化的圆偏振光。
泵浦:泵浦是一种使用光将电子从原子或分子中的较低能级升高(或“泵”)到较高能级的过程。
线偏振光:在光的传播方向上,光矢量只沿一个固定的方向振动,这种光称为平面偏振光,由于光矢量端点的轨迹为一直线,又叫做线偏振光。
碱金属原子气室:碱金属原子气室是惯性测量和超灵敏磁场测量的核心部件,一般简称为原子气室。在超灵敏磁场测量应用中,通常采用光泵浦技术使气室内的原子实现极化,同时原子的热运动与各种碰撞会破坏原子极化态,使得原子发生退极化重新恢复到Boltzmann(玻尔兹曼)分布状态。这一过程所需的时间通常称为自旋弛豫时间,这是衡量碱金属原子气室性能的关键指标之一。碱金属原子气室的玻壳材料、面形精度、气室内壁状态和气体填充比例等也是影响其性能的重要因素。
PEEK:聚醚醚酮(poly(ether-ether-ketone)),可用作耐高温结构材料和电绝缘材料,可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料。
CEA:癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA),是一种具有人类胚胎抗原特性的酸性糖蛋白,常被用作早期诊断结肠癌和直肠癌的特异性生物识别元件。
磁场强度换算:103飞特斯拉(fT)=1皮特斯拉(nT)=10-3纳特斯拉(pT)=10-6微特斯拉(μT)=10-9毫特斯拉(mT)=10-12特斯拉(T)。
质量换算:1纳克(ng)=10-3微克(μg)=10-6毫克(mg)=10-9克(g)。
传统的免疫层析试纸检测方法只能进行标志物的定性检测,无法提供准确的定量结果(如光学比色法检测结果仅能定性,不同环境下颜色辨别可能会存在差异,准确性有待提高;荧光法需要更长的反应时间和较高的试剂成本,生成的数据相对复杂,增加了数据处理和解释的难度),这限制了其在未来智能临床诊疗的应用。为克服这一限制,国内外研究者将磁性纳米颗粒探针引入到免疫层析试纸检测技术中,提出了磁性纳米颗粒标记的免疫层析试纸检测技术,这种技术基于磁性纳米颗粒的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和顺磁性等特性,并与免疫层析技术结合,具有快速、准确、高灵敏度和低成本等优点,不仅可以提高检测的灵敏度和特异性,还有望提供相对准确的定量结果,目前已经被应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
随着智能诊疗技术的发展,定量检测对于提高临床诊断准确性、促进生物学研究和改善药物研发具有重要意义,因为其可以提供更准确、可靠的结果。此外,磁性标志物准确定量研究还能有效促进对免疫层析试纸结构和原理的深入理解,以及对标志物-抗体相互作用机制的探索。
目前的光学检测方法存在较多的缺点,如光学比色法仅能探测到免疫层析试纸特异性结合区域表层的信号,且灵敏度较低;现有的磁学测量免疫层析试纸的探测装置的研究中:Johnson等人选用磁性纳米颗粒作为标记物,通过SQUID(superconducting quantuminterference device,超导量子干涉仪)实现了对乳腺癌细胞的检测,检测灵敏度为105个细胞。Yuan等采用GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻磁场传感器)基免疫检测装置实现了IAV(甲型流感病毒)核蛋白(病毒核糖核蛋白,NP)和纯化的H3N2(甲型H3N2流感病毒)v的检测,最低检测限分别为15ng/mL和125TCID(Tissue culture infective dose,半数组织培养感染剂量)50/mL。Cheng等通过MAR(混合抗球蛋白反应试验)检测含有Parvalbumin(小白蛋白)的层析试纸,最低检测限为0.046μg/mL;Orlov等依据超顺磁纳米颗粒非线性磁化机制,实现了对BoNT-A(肉毒素亚型A)、BoNT-B(肉毒素亚型B)和BoNT-E(肉毒素亚型E)的检测,最低检测限分别为0.20ng/mL、0.12ng/mL和0.35ng/mL。Rettcher等人采用磁性纳米颗粒定量阅读器对Potato virus X(马铃薯X病毒)进行检测,检测最低限为56ng/mL。然而,上述方法均存在各自的弊端,如:SQUID需要在低温下运行,且试纸中磁性标志物磁场空间分布不均匀,SQUID检测到的磁通量常常受制于测量系统的几何参数;巨磁阻传感器体积庞大、数据采集过程繁琐;免疫层析分析器(基于磁性纳米颗粒对磁通量的影响)虽然结构简单,但线圈几何形状和检测方式不够成熟;磁纳米颗粒定量读取器(基于混频技术),完全依赖于超顺磁纳米颗粒的性质,因此需要单独研发对应的超顺磁纳米颗粒。此外,现有的磁传感器无法实现待测样品的准确定量检测。
本申请实施例提供的样品检测方法,可以应用于如图1所示的样品检测系统中的数据处理装置中,样品检测系统还包括磁场测量装置以及线性传动装置。
其中,磁场测量装置可以与数据处理装置电连接或通信连接,线性传动装置可以与数据处理装置电连接或通信连接。
数据处理装置为具有收集数据并分析数据的计算机终端,数据处理装置可以由数据收集装置和计算机端等两个设备构成。数据处理装置用于采集磁场测量装置所探测到的剩余磁化强度(Br)的数值,并进行记录。其中,记录数据的数据记录表的格式可以为:第一列为采集时间,第二列为探测得到的待测样品的剩余磁化强度(Br)。
线性传动装置用于将待测样品以某一速度匀速直线传递进入磁场测量装置,线性传动装置包括机械传动部分和电子控制部分,机械传动部分用来完成目标样品的传动,机械传动部分由电位移台(步进电机)和带有样品支架的石英棒组成,机械传动部分用于将带有磁性纳米颗粒的LFIA(免疫层析试验)测试条(即目标样品)沿单一方向移动。电子控制部分用来接收数据处理装置发送的传动指令,例如前进/后退、改变速度等指令,并通过控制单元实现对运动的精确控制。
在一个示例性的实施例中,如图2所示,提供了一种样品检测方法,以该方法应用于图1中的数据处理装置为例进行说明,包括以下步骤202至步骤208。其中:
步骤202,控制线性传动装置将目标样品向磁场测量装置的方向进行传动。
其中,目标样品为已经层析之后的试纸条,考虑到不同生物识别元件结合情况的不同,为了避免非特异性结合区域磁性标志物的剩磁场对总剩磁场产生较大的影响,首先对目标样品进行前处理,即用陶瓷刮刀刮去免疫层析试纸非特异性结合区域的硝酸纤维素膜,仅漏出结合位置;再将经过前处理的免疫层析试纸放置于电磁铁中进行磁化,磁化时间为1~3分钟,试纸紧贴于电磁铁的表面。目标样品预先固定于PEEK材质的微型样品架上,该样品架固定在与线性传动装置相连接的石英玻璃棒上。
本申请实施例提供的样品检测方法的检测原理图可以参照图3所示,其中,
本申请实施例中,数据处理装置可以获取预设传动速度,例如预设传动速度可以在0.1~30mm/s之间。
然后,数据处理装置根据预设传动速度,生成控制指令,将控制指令发送至线性传动装置,从而操控线性传动装置将目标样品以预设传动速度,将目标样品向磁场测量装置的方向进行匀速直线地传动。
步骤204,获取目标样品在传动过程中,磁场测量装置测得的目标样品在每一时刻的磁场强度、以及目标样品的传动时长。
本申请实施例中,数据处理装置与磁场测量装置相连接,能够接收磁场测量装置测得的目标样品在传动过程中每一时刻的磁场强度。
然后,数据处理装置可以获取目标样品的传动时长。具体地,数据处理装置可以在线性传动装置将目标样品开始传输的时刻,记录传动启动的时间,在线性传动装置结束目标样品的传输的时刻,记录传动结束的时间,从而得到目标样品的传动时长。可选地,数据处理装置还可以根据目标样品的水平传动位移和目标样品的预设传动速度,计算得到目标样品的传动时长。
对于获取目标样品的传动时长的过程,本申请实施例不做具体限定。
步骤206,根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及传动时长,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
本申请实施例中,数据处理装置根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及传动时长,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
具体地,数据处理装置可以通过LabVIEW(一种程序开发环境,专为需要测试、测量和控制的应用而设计),根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及传动时长,实时呈现目标样品的磁场强度与传动时间的关系曲线。
然后,数据处理装置根据目标样品的磁场强度与传动时间的关系曲线、以及预设传动速度,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
步骤208,基于磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
本申请实施例中,目标样品中磁性纳米颗粒能够与抗体以一定比例进行结合,在目标样品中抗体与待测溶液的抗原结合后,携带有磁性纳米颗粒的抗原-抗体结合物能够作为磁性标志物,并表现出磁场。
数据处理装置根据磁场强度与传动位移曲线中目标样品的磁场强度、以及磁性标志物计算参数,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
上述样品检测方法中,通过控制线性传动装置将目标样品向磁场测量装置的方向进行传动;获取目标样品在传动过程中,磁场测量装置测得的目标样品在每一时刻的磁场强度;通过线性传动装置,获取目标样品的传动时长;根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及传动时长,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线;基于磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。采用本方法,基于目标样品在每一时刻的磁场强度以及目标样品的传动时长,能够确定目标样品的抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,进而根据抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,能够定量检测出目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。由于无需进行多次电磁信号的转换,能够避免由于复杂算法进行电磁信号的多次转换导致的磁性标志物定量计算过程中带来的误差,从而提高了目标样品中磁性标志物定量计算的准确度。
在一个示例性的实施例中,如图4所示,磁场测量装置包括原子磁力计和磁屏蔽筒,磁屏蔽筒用于屏蔽地磁对原子磁力计产生的磁场影响,原子磁力计设置于磁屏蔽筒中,用于实时获取目标样品产生的磁场强度,并将目标样品在每一时刻产生的磁场强度发送至数据处理装置,步骤202包括:
控制线性传动装置将目标样品向磁屏蔽筒的方向进行传动,并将目标样品传送至磁屏蔽筒中,以使目标样品经过磁屏蔽筒中的原子磁力计。
其中,原子磁力计可以采用SERF(spin-exchange relaxation free,无自旋交换弛豫)原子磁力计,SERF原子磁力计的工作原理参照图5所示,SERF原子磁力计的结构示意图参照图6所示,一束圆偏振泵浦光照射进碱金属原子气室后,碱金属原子从基态跃迁到激发态,碱金属原子产生自旋极化。在外界弱磁场的作用下,碱金属原子会发生拉莫尔进动,另一束线偏振探测光垂直于泵浦光照射进碱金属气室,用于检测原子自旋的拉莫尔进动,外界磁场强度与拉莫尔进动频率之间的关系可以参照公式(一)所示,具体内容如下:
ω=γ‖B‖公式(一)
其中,ω表征拉莫尔进动频率;B表征外界磁场强度;‖B‖表示B的范数;γ表征碱原子磁旋比。原子磁力计测量磁场中自旋极化原子的拉莫尔进动频率就可间接得到磁场的大小,从而达到了磁场测量的目的。
作为磁场检测的核心单元,自旋交换无弛豫(SERF)光泵原子磁力计(QuSpinInc.),包括一个87Rb蒸汽池,尺寸为3×3×3mm3,电加热到大约150℃,并定义感应体积。通过圆偏振光束穿过87Rb原子气室,产生电子自旋极化。由于SERF原子磁强计的工作状态接近于零磁场,因此在原子磁强计外部设计了一个五层磁屏蔽,将磁场条件为零的区域与环境磁场(如地磁)隔离开来。典型的外场衰减为105和106,而使用一组安装在屏蔽内部的磁场线圈可以进一步降低残余场。
由于SERF原子磁力计启动的必要条件是需要处于接近零磁的环境,因而需要为SERF原子磁力计提供接近零磁的工作环境。磁屏蔽筒用于屏蔽地磁对SERF原子磁力计启动产生的影响,磁屏蔽筒的内层材质为环氧树脂、外层为铝材、中间为5层的高导磁坡莫合金(含线圈),该结构设计可以使筒内的磁场值接近零磁(中心点剩磁Br≤2nT),保证SERF原子磁力计可以正常启动工作。
其中,线性传动装置用于将目标样品以预设传动速度匀速直线传递进入磁屏蔽筒内,使目标样品经过原子磁力计探头的探测范围。具体地,线性传动装置通过机械传动部分中的步进电机水平驱动,并沿与原子磁力计检测轴垂直的轴线进行扫描。此外,线性传动装置还能调节待测样品与原子磁力计探头之间的垂直距离(即z方向的距离),以调节剩磁通量密度的强度。数据处理装置用于在目标样品经过原子磁力计探头探测范围时,采集原子磁力计所探测到的剩余磁化强度的数值,并实时将原子磁力计所探测到的剩余磁化强度的数值进行记录。
本申请实施例中,数据处理装置根据预设传动速度,生成控制指令,将控制指令发送至线性传动装置,从而操控线性传动装置将目标样品以预设传动速度,将目标样品向磁屏蔽筒的方向进行传动,并将目标样品传送至磁屏蔽筒中,以使目标样品经过磁屏蔽筒中的原子磁力计。
本实施例中,由于原子磁强计的检出限为~0.01ng mL-1,比光学检测方法增强100倍,机制比其他磁检测方法更直接。因此,通过将测流免疫层析与原子磁力计进行结合,并通过磁屏蔽筒为原子磁力计提供接近零磁的环境,能够更加准确的测量目标样品中特异性结合区域的磁场强度。为原子磁力计量子测量技术在智能诊断和治疗中的潜在应用提供了有价值的见解,为疾病早期精准筛查提供可量化的传感机制方案,拓展生命科学计量前沿的发展。
在一个示例性的实施例中,如图7所示,步骤208包括步骤702和704。其中:
步骤702,基于磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
本申请实施例中,数据处理装置根据磁场强度与传动位移曲线,确定磁场强度最大值对应的传动位移,根据磁场强度最大值对应的传动位移、以及磁场强度与传动位移曲线,绘制得到目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
其中,目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线可以参照图8所示
步骤704,基于目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
本申请实施例中,数据处理装置根据磁场强度与传动位移曲线中目标样品的磁场强度、以及磁性标志物计算参数,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
本实施例中,通过磁场强度与传动位移曲线,能够确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,实现了对于目标样品的特异性结合区域中磁性标记物的定量检测。由于磁性纳米颗粒能够以一定比例与抗体进行结合,抗原也会与抗体进行特异性结合,因此,能够基于目标样品中磁性标记物的数量、以及磁性纳米颗粒与抗体结合的比例,实现对目标样品中抗原的数量的定量检测。
在一个示例性的实施例中,如图9所示,步骤206包括步骤902和904。其中:
步骤902,根据目标样品的预设运动速度以及传动时长,确定目标样品的水平传动位移。
本申请实施例中,数据处理装置能够根据目标样品的预设运动速度以及传动时长,确定目标样品的水平传动位移。具体地,数据处理装置将目标样品的预设运动速度和传动时长相乘,得到预设运动速度和传动时长的乘积,将该乘积作为目标样品的水平传动位移。
步骤904,根据目标样品在每一时刻的磁场强度以及水平传动位移,确定针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
本申请实施例中,数据处理装置通过原子磁力计实时采集的目标样品在每一时刻的磁场强度、以及目标样品在每一时刻的水平传动位移,通过LabVIEW实时呈现目标样品的磁场强度与传动位移的关系,得到针对目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
本实施例中,数据处理装置能够通过原子磁力计实时采集的目标样品在每一时刻的磁场强度、以及目标样品在每一时刻的水平传动位移,确定目标样品的磁场强度与传动位移曲线,便于后续数据处理装置根据目标样品的磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在一个示例性的实施例中,如图10所示,步骤702包括步骤1002和1004。其中:
步骤1002,将磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点。
本申请实施例中,数据处理装置将磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点。
步骤1004,根据位移零点对应的传动位移、以及磁场强度与传动位移曲线,确定目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
本申请实施例中,在数据处理装置将磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点后,数据处理装置将磁场强度与传动位移曲线中传动位移小于磁场强度最大值对应的传动位移更新为位移负值,将磁场强度与传动位移曲线中传动位移小于磁场强度最大值对应的传动位移更新为位移正值,得到磁场强度与传动位移曲线对应的更新结果。
然后,数据处理装置根据磁场强度与传动位移曲线对应的更新结果中的各传动位移、以及磁场强度与传动位移曲线中各传动位移对应的磁场强度,重新绘制得到目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
本实施例中,数据处理装置能够根据磁场强度与传动位移曲线、以及磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点,得到目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,能够便于后续数据处理装置根据目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在一个示例性的实施例中,如图11所示,步骤704包括步骤1102和1104。其中:
步骤1102,基于目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
本申请实施例中,数据处理装置根据目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定目标样品的特异性结合位置对应的水平传动位移与磁场强度的之间的关系。
然后,数据处理装置根据目标样品的特异性结合位置对应的水平传动位移与磁场强度的之间的关系、以及磁场计算参数,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
步骤1104,基于目标磁化强度、目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
本申请实施例中,数据处理装置根据目标样品中特异性结合位置的目标磁化强度、目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,计算得到目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
其中,由于目标样品中,磁性纳米颗粒能够以一定比例与抗体进行结合,在包含抗原的待测溶液滴入目标样品对应的试纸条后,待测溶液中的抗原会与目标样品中的抗体在目标样品的特异性结合区域进行结合。目标样品中未与抗原结合的抗体会随溶液移出特异性结合区域,因此,未与抗原结合的抗体会携带磁性纳米颗粒移出特异性结合区域。待测溶液中抗原的浓度越高,抗体与抗原在目标样品的特异性结合区域进行结合的数量越多,即磁性纳米颗粒的数量越多,目标样品的磁场强度越大。
本实施例中,数据处理装置能够计算得到目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,实现了目标样品的特异性结合区域中磁性纳米颗粒的定量检测。
在一个示例性的实施例中,磁场计算参数包括背景磁场、真空磁导率、以及原子磁力计与目标样品的垂直距离,步骤1102包括:
基于目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、真空磁导率、原子磁力计与目标样品的垂直距离、磁场强度最大值对应的传动位移、以及目标样品的水平传动位移,对目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
其中,由于磁屏蔽筒能够屏蔽磁屏蔽筒外的磁场,例如地磁,因此,背景磁场在磁屏蔽筒内的取值为0;真空磁导率的取值可以为4π×10-7T m A-1
本申请实施例中,数据处理装置能够通过控制指令,控制线性传动装置将目标样品进行垂直方向的传动,并获取线性传动装置将目标样品进行垂直方向传动的位移。
示例性地,数据处理装置能够通过控制指令,控制线性传动装置进行垂直方向的移动,以使固定于线性传动装置的目标样品能够与原子磁力计位于同一平面中,从而使原子磁力计能够获取更精确的目标样品的磁场强度。
然后,数据处理装置能够根据目标样品的原始位置、目标样品在垂直方向传动的位移、以及原子磁力计的位置,确定原子磁力计与目标样品的垂直距离的真实值。
数据处理装置基于目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、真空磁导率、原子磁力计与目标样品的垂直距离的真实值、磁场强度最大值对应的传动位移、以及目标样品的水平传动位移,数据处理装置可以采用最小二乘法对目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。对于对目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度的过程,可以参照公式(二)所示,具体内容如下:
其中,B表征磁场强度(即目标样品的剩磁通量密度Br);B0表征背景磁场;μ0表征真空磁导率;x表征目标样品的水平传动位移;x0表征磁场强度最大值对应的目标样品的水平传动位移;d表征原子磁力计与目标样品的垂直距离的计算值;M表征目标磁化强度。
数据处理装置根据目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线中的目标样品的水平传动位移x、以及磁场强度B,以及上述公式(二)进行拟合,可以得到目标样品中特异性结合区域的磁性纳米颗粒的磁化强度M和原子磁力计与目标样品的垂直距离的计算值d。
其中,原子磁力计与目标样品的垂直距离的真实值用于确定磁化强度M的准确度,具体地,在原子磁力计与目标样品的垂直距离的真实值dz(即图3中的dz)与原子磁力计与目标样品的垂直距离的计算值之间的差值小于预设阈值的情况下,数据处理装置能够确定磁场强度B的计算准确度较高。
本实施例中,数据处理装置能够通过目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、真空磁导率、原子磁力计与目标样品的垂直距离、磁场强度最大值对应的传动位移、以及目标样品的水平传动位移,确定目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。便于后续数据处理装置根据目标磁化强度,确定目标样品的特异性结合区域中磁性纳米颗粒的数量。
在一个示例性的实施例中,磁性标志物计算参数包括目标样品中磁性纳米颗粒的密度、磁性纳米颗粒的体积和磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,如图12所示,步骤1204包括步骤1202和1204。其中:
步骤1202,基于目标样品中磁性纳米颗粒的密度、磁性纳米颗粒的体积和磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数。
其中,磁化参数与目标样品中磁性纳米颗粒的密度、磁性纳米颗粒的体积和磁性纳米颗粒的饱和磁化强度正相关。
本申请实施例中,数据处理装置能够基于目标样品中磁性纳米颗粒的密度、磁性纳米颗粒的体积和磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数,对于确定磁化参数的方法,可以参照公式(三)所示,具体内容如下:
n1=MS·ρ·V公式(三)
其中,n1表征磁化参数;Ms表征单个磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,Ms可通过振动样品磁强计(VSM)测得;ρ表征单个磁性纳米颗粒的密度;V表征单个磁性纳米颗粒的体积。对于确定目标样品中单个磁性纳米颗粒的饱和磁化强度、密度和体积的方法,本申请实施例不做具体限定。
步骤1204,基于磁化参数和目标磁化强度,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
其中,磁性标志物的数量与磁化参数负相关,磁性标志物的数量与目标磁化强度正相关。
本申请实施例中,数据处理装置根据磁化参数和目标磁化强度,确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。对于确定目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量的方法,可以参照公式(四)所示,具体内容如下:
其中,n表征目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量;M表征目标磁化强度;n1表征磁化参数。
本实施例中,数据处理装置能够基于目标磁化强度和磁化参数,得到目标样品的特异性结合区域中的磁性纳米颗粒数据,能够实现磁性纳米颗粒的定量检测。
在一个实施例中,还提供了一种样品检测方法的处理过程示例,具体内容如下:
步骤S1,取一定体积的含有待测磁性标志物(即磁性纳米颗粒)的溶液,通过液体颗粒计数器得到溶液体积与磁性标志物数量的关系。
步骤S2,将含有待测磁性标志物的溶液中的部分溶液滴在试纸上(试纸区域尺寸为特异性结合区域1×3×0.15mm3)得到目标样品,通过前述实施例中的样品检测方法测得目标样品中特异性结合区域的磁场强度,并通过上述公式(二)计算得到目标磁化强度的值。
步骤S3,根据上述溶液体积与磁性标志物数量的关系、以及目标磁化强度的值,构建磁性标志物数量与目标磁化强度的值之间的关系。
步骤S4,对目标样品进行测试,根据目标样品的目标磁化强度的值,以及上述公式(三)和上述公式(四),得到待测样品的磁性标志物数量。
在一个实施例中,还提供了一种样品检测方法的检测过程示例,具体内容包括:
本申请实施例中,以癌胚抗原(CEA)免疫层析试纸的定量检测为例,证明该定量方法的可行性。技术人员配制含有同一浓度磁性标志物的不同浓度癌胚抗原的溶液,经过免疫层析后,用基于原子磁力计的生物传感平台进行检测,含有不同浓度癌胚抗原的免疫层析试纸的检测结果如图13所示。
将CEA纯溶液分别在生理盐水中稀释至0(无CEA)、0.001ng mL-1、0.01ng mL-1、0.1ng mL-1、1ng mL-1、10ng mL-1和50ng mL-1,并用所制备的基于MNP(磁性纳米颗粒)的LFIA试纸条检测,15min后得到结果,如图6所示,随着CEA浓度从0ng mL-1增加到50ng mL-1,T线(Test line,测试线)上的颜色强度加深。同时,采用AMB(一种用于获取剩磁通量密度切向分量图谱的装置)对上述不同CEA浓度的LFIA试纸条进行连续线性扫描并分别记录其剩磁通量密度切向分量图谱。
参照图13所示,能够得到通过AMB得到的层析试纸T线和C线(Control line,控制线)上的剩磁通量密度切向分量分布图谱,当CEA浓度低至0.001ng mL-1和0ng mL-1时,仍然可以测量到T线上的剩磁通量密度,并且磁场强度随着CEA浓度的增加而增加。0和0.001ngmL-1样品的T线的磁信号较弱的原因可以归结为NC膜(nitrocellulose filter membrane,硝酸纤维素膜)上沉积了少量的磁性纳米颗粒。由磁通密度分布曲线得到的CEA浓度目标与磁化强度M值的关系曲线如图14所示,除了浓度为0.001ng mL-1的样品外,所有样品的目标磁化强度M值都随着CEA浓度C的增加而增加,0ng mL-1样品的目标磁化强度的值为1.87×10-10A m2,略低于0.001ng mL-1样品。根据目标磁化强度M和磁性纳米颗粒N之间的关系,估计T线上,CEA浓度为0、0.001ng mL-1、0.01ng mL-1、0.1ng mL-1、1ng mL-1、10ng mL-1和50ngmL-1的磁性纳米颗粒数量分别为3.162×103、1.645×104、3.672×103、2.537×104、3.006×104、6.331×104和2.042×106
为了更直观地了解CEA浓度变化对剩磁通量密度切向分量图谱的影响,计算了T线和C之间的磁场强度比值,以建立CEA浓度之间的信号强度,因为T线和C线的比值可以有效地抵消试纸的固有异质性和矩阵效应的影响。磁场强度比(MIt/c)与浓度的对数的关系曲线如图15所示,二者在0.01ng mL-1至50ng mL-1之间具有良好的线性范围(线性关系为y=0.102x+0.462),R2为0.9571。由于NC膜中存在少量MNP残留,0ng mL-1样品的MIt/c为0.2680,略低于0.01ng mL-1样品。
本申请中提供的样品检测方法与现有技术中其他样品检测方法的结果对比如表1所示,与其他检测方法相比,本申请提出的样品检测方法可以提供磁性纳米颗粒绝对定量结果,且检测的灵敏度更高。
表1不同探测机制的免疫层析试纸传感器的特征
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的样品检测方法的样品检测装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个样品检测装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于样品检测方法的限定,在此不再赘述。
在一个示例性的实施例中,如图16所示,提供了一种样品检测装置1600,包括:控制模块1602、获取模块1604、第一确定模块1606和第二确定模块1608,其中:
控制模块1602,用于控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动。
获取模块1604,用于获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长。
第一确定模块1606,用于根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
第二确定模块1608,用于基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
采用本申请实施例提供的样品检测装置,基于目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述目标样品的传动时长,能够确定目标样品的抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,进而根据抗原抗体的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,能够定量检测出目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。由于无需进行多次电磁信号的转换,能够避免由于复杂算法进行电磁信号的多次转换导致的磁性标志物定量计算过程中带来的误差,从而提高了目标样品中磁性标志物定量计算的准确度。
在一个实施例中,所述控制模块1602具体用于:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁屏蔽筒的方向进行传动,并将所述目标样品传送至所述磁屏蔽筒中,以使所述目标样品经过所述磁屏蔽筒中的所述原子磁力计。
在一个实施例中,所述第二确定模块1608具体用于:
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线;
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在一个实施例中,所述第一确定模块1606具体用于:
根据所述目标样品的预设运动速度以及所述传动时长,确定所述目标样品的水平传动位移;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述水平传动位移,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
在一个实施例中,所述第二确定模块1608具体用于:
将所述磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点;
根据所述位移零点对应的传动位移、以及所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
在一个实施例中,所述第二确定模块1608具体用于:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度;
基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
在一个实施例中,磁场计算参数包括背景磁场、真空磁导率、以及原子磁力计与所述目标样品的垂直距离,所述第二确定模块1608具体用于:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、所述真空磁导率、原子磁力计与所述目标样品的垂直距离、所述磁场强度最大值对应的传动位移、以及所述目标样品的水平传动位移,对所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
在一个实施例中,磁性标志物计算参数包括所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,所述第二确定模块1608具体用于:
基于所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数,所述磁化参数与所述目标样品中所述磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度正相关;
基于所述磁化参数和所述目标磁化强度,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,所述磁性标志物的数量与所述磁化参数负相关,所述磁性标志物的数量与所述目标磁化强度正相关。
上述样品检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个示例性的实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图17所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中,处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接,通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种样品检测方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面,可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图17中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个示例性的实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是,本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据,且相关数据的收集、使用和处理需要符合相关规定。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种样品检测方法,其特征在于,应用于样品检测系统中的数据处理装置,所述样品检测系统还包括磁场测量装置以及线性传动装置,所述方法包括:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述磁场测量装置包括原子磁力计和磁屏蔽筒,所述磁屏蔽筒用于屏蔽地磁对所述原子磁力计产生的磁场影响,所述原子磁力计设置于所述磁屏蔽筒中,用于实时获取所述目标样品产生的磁场强度,并将所述目标样品在每一时刻产生的磁场强度发送至所述数据处理装置,所述控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动,包括:
控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁屏蔽筒的方向进行传动,并将所述目标样品传送至所述磁屏蔽筒中,以使所述目标样品经过所述磁屏蔽筒中的所述原子磁力计。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线;
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线,包括:
根据所述目标样品的预设运动速度以及所述传动时长,确定所述目标样品的水平传动位移;
根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述水平传动位移,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,包括:
将所述磁场强度与传动位移曲线中,磁场强度最大值对应的传动位移设为位移零点;
根据所述位移零点对应的传动位移、以及所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度;
基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,磁场计算参数包括背景磁场、真空磁导率、以及原子磁力计与所述目标样品的垂直距离,所述基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、以及磁场计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度,包括:
基于所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线、所述真空磁导率、原子磁力计与所述目标样品的垂直距离、所述磁场强度最大值对应的传动位移、以及所述目标样品的水平传动位移,对所述目标样品的特异性结合位置与磁场强度的关系曲线进行拟合,确定所述目标样品的特异性结合区域的目标磁化强度。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,磁性标志物计算参数包括所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,所述基于所述目标磁化强度、所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物计算参数,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,包括:
基于所述目标样品中磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度,确定磁化参数,所述磁化参数与所述目标样品中所述磁性纳米颗粒的密度、所述磁性纳米颗粒的体积和所述磁性纳米颗粒的饱和磁化强度正相关;
基于所述磁化参数和所述目标磁化强度,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量,所述磁性标志物的数量与所述磁化参数负相关,所述磁性标志物的数量与所述目标磁化强度正相关。
9.一种样品检测装置,其特征在于,所述装置包括:
控制模块,用于控制所述线性传动装置将目标样品向所述磁场测量装置的方向进行传动;
获取模块,用于获取所述目标样品在传动过程中,所述磁场测量装置测得的所述目标样品在每一时刻的磁场强度、以及所述目标样品的传动时长;
第一确定模块,用于根据所述目标样品在每一时刻的磁场强度以及所述传动时长,确定针对所述目标样品的磁场强度与传动位移曲线;
第二确定模块,用于基于所述磁场强度与传动位移曲线,确定所述目标样品的特异性结合区域中磁性标志物的数量。
10.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
12.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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