一种基于RGB颜色检测的胆固醇测量系统

一种基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统，属于生物检测技术领域。


背景技术：

2.胆固醇是人类的重要脂质，是细胞膜的主要成分，有助于保持膜渗透性和流动性。在人体的正常浓度下，胆固醇在食物的消化中发挥着重要作用。胆固醇在人体中扮演四个不同的重要角色，即在肠道中形成消化性胆汁酸，产生维生素d，还有形成细胞膜和一些激素。人血清中胆固醇含量过高会在血管通道中形成斑块，从而阻碍血液的循环和导致心血管疾病；而胆固醇含量过低也会诱发癌症、老年痴呆以及脑出血等疾病。因此，胆固醇成为许多疾病重要的生物标志物，胆固醇也是临床最普遍的检测项目之一。
3.测定总胆固醇的方法已经超过200种，可以分为四大类：化学试剂比色法、酶分析法、荧光法、高效液相色谱法。近年来荧光法在生物分析研究领域发挥着越来越重要的作用，目前已有以β-环糊精(beta cyclodextrin,β-cd)修饰的金纳米粒子应用于荧光法检测人血清胆固醇含量的相关报道。
4.本技术发明人团队之前的研究成果(公布号为cn113801650a)表明，巯基β-环糊精-金纳米簇溶液在紫外光下本身就具有荧光性质(发出绿色荧光)，将该巯基β-环糊精-金纳米簇与胆固醇接触作用后，能进一步增强环巯基β-环糊精-金纳米簇的荧光强度，可用于人血清中胆固醇含量的检测，而且抗干扰能力强、灵敏度高，胆固醇浓度在10.0～100.0μmol
·
l-1
时，胆固醇浓度与巯基β-环糊精-金纳米簇的荧光增强程度呈线性关系。基于胆固醇浓度与巯基β-环糊精-金纳米簇的荧光增强程度呈线性关系，本技术发明人团队进一步研究加入了胆固醇的巯基β-环糊精-金纳米簇溶液的荧光颜色与胆固醇浓度线性相关，由此建立本技术基于rgb颜色检测的胆固醇检测系统。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种简单易操作、灵敏度高且准确度高的基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统，包括遮光暗室、微处理器、显示部件以及置于遮光暗室内的检测部件；其中：
8.所述的遮光暗室由容纳腔和盖板组成；
9.所述的检测部件包括支承架，在支承架上开设有用于置放比色皿的检测池，在支承架上还设置有白平衡光源、rgb颜色传感器和激发光源，所述白平衡光源、rgb颜色传感器和激发光源的安装中心线在同一水平面上；其中白平衡光源和rgb颜色传感器分别正向相对的设置于检测池的两侧，激发光源设置于检测池的另一侧，所述白平衡光源和激发光源发出的光照射于所述的比色皿上，rgb颜色传感器采集比色皿中溶液的荧光强度作为输入；
10.所述的rgb颜色传感器与微处理器连接，微处理器与显示部件连接。
11.进一步的，本实用新型所述基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统还包括为rgb颜色传感器和微处理器等部件供电的电源模块，分别与rgb颜色传感器和微处理器连接。具体的，所述的电源模块可以是锂电池。更进一步的，该胆固醇测量系统还包括上位机，用于处理及存储各种数据(包括胆固醇浓度-色调值标准曲线、各种溶液的色调值等)，所述上位机分别与微处理器和显示部件连接。
12.本实用新型所述技术方案中，所述的白平衡光源优选为白光led光源；所述的激发光源优选为紫外灯，进一步优选为波长为365nm或370nm的紫外灯。
13.本实用新型所述技术方案中，所述的rgb颜色传感器为满足输入为荧光强度，输出为r频率、g频率和b频率的rgb颜色传感器，优选的型号为tcs230rgb颜色传感器。
14.本实用新型所述技术方案中，所述的显示部件为显示屏，具体可以是lcd触摸显示屏。
15.与现有技术相比，本实用新型所述测量系统采用tcs230rgb颜色传感器检测cd-auncs和胆固醇反应后溶液的荧光颜色，得到rgb三种原色的数值，再经微处理器处理转换成hsv颜色空间，本技术人发现hsv颜色空间中的色调值和该色调值对应的胆固醇浓度呈负相关，并具有很好的线性关系，因而能够构建胆固醇浓度-色调值标准曲线，之后再通过获取待测血清与cd-auncs溶液反应后的溶液的色调值再结合上述标准曲线即可获得待测血清中的胆固醇浓度。本实用新型所述测量系统简单易操作、灵敏度高且准确度高。
附图说明
16.图1为本实用新型所述基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统一种实施方式的装配结构图。
17.图2为图1所示实施方式中检测部件的结构示意图。
18.图3为采用本实用新型所述系统及方法拟合得到的胆固醇浓度-色调值标准曲线。
19.图中标号为：
20.1盖板，2支承架，3白平衡光源，4激发光源，5容纳腔，6底座，7凹腔，8微处理器，9显示部件，10rgb颜色传感器，11检测池，12比色皿。
具体实施方式
21.为了更好的解释本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
22.本实用新型所述的一种基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统，包括遮光暗室、微处理器8、显示部件9以及置于遮光暗室内的检测部件，检测过程在遮光暗室内进行，检测得到的数据送入微处理器8进行处理，并将结果显示于显示部件9上。具体的，检测获得的是比色皿12中溶液的荧光颜色。所述的微处理器8用于实现各种数据的处理及记录，比如将rgb颜色传感器10传输过来的荧光颜色转换成hsv颜色空间，并记录其中的色调值；拟合并记录胆固醇浓度-色调值标准曲线。所述的显示部件9用于显示各种数据，包括显示胆固醇浓度-色调值标准曲线、色调值、待测血清中的胆固醇浓度值等。所述遮光暗室、微处理器8和显示部件9可以同时设置在同一个底座6上，如图1所示；也可将遮光暗室与微处理器8和显示部件9
分开设置，即遮光暗室为一独立的部件，而微处理器8和显示部件9既可以设置在一块，也可以分开设置。
23.在图1所示的实施方式中，遮光暗室、微处理器8和显示部件9同时设置于一个底座6上，在底座6上开设有一个容纳腔5和一个凹腔7，在容纳腔5上设有一个与该容纳腔5配合的盖板1，所述的容纳腔5和盖板1组成了遮光暗室，检测部件置于遮光暗室内。所述的微处理器8和显示部件9设置在同一块电路板上，它们置于底座6上的凹腔7中，所述显示部件9的大小刚好将凹腔7的开口遮盖，或者稍大于凹腔7的开口。所述rgb颜色传感器10的输出端与微处理器8的输入端连接，微处理器8的人机交互数据控制端与显示部件9连接。
24.所述检测部件的结构如图2所示，包括支承架2，在支承架2上开设有用于置放比色皿12(比色皿12用于盛装一定浓度的胆固醇标准溶液或含有胆固醇的待测血清和cd-auncs溶液进行反应)的检测池11，在支承架2上还设置有白平衡光源3、rgb颜色传感器10和激发光源4，白平衡光源3用于调节rgb颜色传感器10的白平衡，激发光源4用于激发比色皿12中溶液产生荧光颜色，rgb颜色传感器10用于采集比色皿12中溶液在激发光源4照射下产生的荧光强度从而获得比色皿12中溶液的荧光颜色(r、g、b值)。所述白平衡光源3、rgb颜色传感器10和激发光源4都需要正对比色皿12以获得准确的数据，且白平衡光源3和激发光源4的照射部件应与rgb颜色传感器10采集信息的部位应当一致，因此，所述白平衡光源3、rgb颜色传感器10和激发光源4的安装中心线应在同一水平面上。检测光路为正交式光路，即激发光源4发出的激发光与比色皿12中溶液发出的发射光呈90
°
。具体的，可以将白平衡光源3和rgb颜色传感器10分别正向相对的设置于检测池11的两侧，激发光源4设置于检测池11的另一侧，所述白平衡光源3和激发光源4发出的光均正向照射于检测池11中的比色皿12上，rgb颜色传感器10采集比色皿12中溶液在激发光源4下产生的荧光强度作为输入，其输出为比色皿12中溶液在激发光源4照射下产生的荧光颜色。对于rgb颜色传感器10，其应满足输入为荧光强度，输出为r频率、g频率和b频率的rgb颜色传感器10。图3为图1所示基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统的模块框图。
25.进一步的，本实用新型所述基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统还包括为rgb颜色传感器10和微处理器8等部件供电的电源模块，分别与rgb颜色传感器10和微处理器8连接。具体的，所述的电源模块可以是锂电池或其它符合要求的直流电源。
26.更进一步的，本实用新型所述基于rgb颜色检测的胆固醇测量系统还可以包括上位机，用于实现人机交互，显示各种数据(包括胆固醇浓度-色调值标准曲线、各种溶液的色调值等)，所述上位机分别与微处理器8和显示部件9连接。
27.本实用新型所述技术方案中，所述的微处理器8也称微控制单元(mcu)或单片机，其选择为可以实现数据处理的现有常规选择。所述的显示部件9为显示屏，具体可以是lcd触摸显示屏。
28.在一个具体的实施方式中，rgb颜色传感器10优选采用tcs230rgb颜色传感器10，微处理器8的型号为stm32f407。
29.在一个具体的实施方式中，所述的白平衡光源3为白光led光源；所述的激发光源4为紫外灯，进一步采用波长为365nm或370nm的紫外灯。
30.采用本实用新型所述系统检测血清中的胆固醇浓度时，按下述方法进行：
31.1)取cd-auncs溶液置于比色皿12中，加入一定浓度的胆固醇标准溶液，反应完成
后将比色皿12置于遮光暗室内检测部件上的检测池11中，盖上盖板1；
32.2)开启白平衡光源3，调节rgb颜色传感器10的白平衡后关闭白平衡光源3，再开启激发光源4，在激发光源4的照射下rgb颜色传感器10采集比色皿12中溶液的荧光强度获得比色皿12中溶液的荧光颜色；
33.3)获得的比色皿12中溶液的荧光颜色经微处理器8进行处理，转换成hsv颜色空间，并记录其中的色调值，得到与当前胆固醇标准溶液浓度相应的色调值；
34.4)按步骤1)至步骤3)的顺序，对多份不同浓度的胆固醇标准溶液进行检测，获得多份与胆固醇标准溶液浓度相应的色调值；
35.5)以胆固醇标准溶液中的胆固醇浓度及与其对应的色调值作关系曲线，得到胆固醇浓度-色调值标准曲线，将该标准曲线输入微处理器8中，并通过显示部件9显示；
36.6)重复步骤1)至步骤3)，以待测血清代替胆固醇标准溶液，获得与待测血清中胆固醇浓度相应的色调值；
37.7)根据胆固醇浓度-色调值标准曲线，获得与步骤6)所述色调值对应的胆固醇浓度，并显示于显示部件9上，该胆固醇浓度即为待测血清中的胆固醇浓度。
38.上述方法中涉及的cd-auncs溶液优选按公布号为cn113801650a的发明专利申请中所述的方法进行制备。具体如下：
39.cd-auncs溶液的制备：采用还原法合成，具体合成步骤如下：所有玻璃器皿用新鲜配制的王水浸泡洗涤干净，将水浴温度调至90℃，取5.0ml的haucl4·
3h2o水溶液(1.0mm，90℃)剧烈搅拌10min，加入2.0ml单(6-巯基-6-去氧)倍他环糊精溶液(20.0mm，90℃)。搅拌5min后，加入1.5ml氢氧化钠水溶液(1.0mol
·
l-1
)，随后用铝膜封住瓶口，反应4h，溶液为黄色澄清液体，在紫外灯下(365nm)可观察到很强的绿色荧光，表明得到了绿光的cd-auncs溶液。溶液中cd-auncs的浓度为5.8
×
10-4
mol
·
l-1
。
40.cd-auncs的纯化：将cd-auncs溶液放入截留分子量为35kda的透析袋在蒸馏水中进行透析2天，4小时换一次蒸馏水。透析后的溶液冷冻干燥，4℃保存。
41.上述方法中，置于比色皿12中的cd-auncs溶液，其中cd-auncs的浓度优选为1.9
×
10-5
～5.8
×
10-5
mol
·
l-1
(以au计算)，如果浓度过高，可以用ph＝6.4的pbs缓冲液作为溶剂或分散剂进行稀释。
42.上述方法中，胆固醇标准溶液或含胆固醇的待测血清与cd-auncs反应时间在8min后荧光强度保持基本不变，因此，反应时间通常需要大于或等于8min，优选为8min。
43.上述方法中，胆固醇标准溶液的份数可根据需要进行确定，为了建立cd-auncs的增强与胆固醇浓度之间的定量关系，在10.0～150.0μmol
·
l-1
浓度范围内分别配制了7个不同浓度的胆固醇溶液(0、20、40、60、90、120、150μmol
·
l-1
)。取50.0μl上述浓度的胆固醇滴加在1.0ml按前述方法制备的cd-auncs溶液中，反应温度25℃，反应时间8min，然后测量其荧光发射光谱及荧光强度(荧光颜色)，并将转换成hsv颜色空间，荧光颜色及hsv颜色空间的各参数值如下述表1所示。
44.表1：
[0045][0046]
实验结果显示：
[0047]
(1)胆固醇的加入可增强溶液的荧光强度，且随着胆固醇浓度的增加，溶液的荧光强度增强。
[0048]
(2)胆固醇的加入可降低溶液的hsv颜色空间的色调值(h)，且随着胆固醇浓度的增加，溶液的色调值降低。
[0049]
以表1中胆固醇标准溶液中胆固醇的浓度值及与之对应的hsv颜色空间的色调值h作相关性曲线，两者相关系数达0.97，具体如图3所示。可见，本实用新型所述系统具有较好的准确性和稳定性，检测结果可实时显示，可实现对胆固醇的快速定量检测。