一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置

摘要

本实用新型属于化学分析检测仪器设备技术领域，具体公开了一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，包括样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构，样品室用于放置比色皿和滤光器，且不透光；手机支撑架用于放置智能手机，照明机构用于提供面光源；成像机构包括前置滤光器和后置滤光器，前置滤光器和后置滤光器呈90°夹角放置于样品室中，前置滤光器与光源和比色皿处于同一水平线上，后置滤光器与比色皿和智能手机处于同一水平线上，比色皿放置于两条水平线的交汇点。采用本装置能保证拍摄环境背景稳定，拍摄角度恒定，减少由于拍摄角度不同带来的误差，避免外部光照环境对拍照效果的影响。

说明书

技术领域

本实用新型涉及化学分析检测仪器设备技术领域，特别是涉及一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置。

背景技术

随着电子信息技术的发展，智能手机的性能接近于微型计算机。智能手机为实现各种功能搭载着大量的传感器，而且它们比实验室的分析设备更便于携带，更加便宜。即时检测(POCT)的发展已经允许在实验室之外进行许多测试，基于智能手机用于物质检测的方法受到越来越多的研究人员的关注。同时，由于基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的照相机的性能呈指数级增长，使用智能手机作为便携式生物传感器和分析设备更加合适。虽然在大多数情况下，智能手机不能单独作为实验室仪器使用，但是智能手机与其他分析设备的结合在医疗保健，食品安全，环境监测和生物安全性展现了巨大的发展潜能，特别是在偏远和农村地区。近来有许多关于使用智能手机作为生物分析装置的设计应用。通过使用智能手机照相机作为“智能检测器”，几乎整合了所有基于光学的方法，包括吸光度，反射率，荧光，表面等离子体共振(SPR)，生物化学发光和电化学发光。

然而，在这些分析方法中，对智能手机的拍摄环境有着严格的要求，拍摄环境的光照条件、背景颜色和拍摄的角度等条件都会对检测结果带来一定的影响。简单利用手机直接拍照，已不能满足化学分析检测的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，以解决以上所述现有技术存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的基础方案为：一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，包括样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构，所述样品室用于放置比色皿和滤光器，且不透光；所述手机支撑架用于放置智能手机，所述照明机构用于提供面光源；所述成像机构包括前置滤光器和后置滤光器，所述前置滤光器用于保证光源的波长恒定，所述后置滤光器用于选取特定波长的发射光线，所述前置滤光器和后置滤光器呈90°夹角放置于样品室中，所述前置滤光器与光源和比色皿处于同一水平线上，所述后置滤光器与比色皿和智能手机处于同一水平线上，比色皿放置于两条水平线的交汇点。

进一步，所述样品室为不透光的L型方形槽，比色皿放置于L型方形槽的转角处，前置滤光器和后置滤光器分别放置于L型方形槽的两边。

进一步，所述照明机构放置于所述样品室外，所述样品室的侧壁开设有一个供面光源进入的通孔。

进一步，所述手机支撑架包括竖直设置的后支撑板及位于后支撑板下端的手机托槽。

进一步，所述手机支撑架还包括与后支撑板相对设置的前支撑板，所述手机托槽位于前支撑板与后支撑板之间。

进一步，所述样品室与手机支撑架相连接，且所述手机支撑架位于所述样品室中靠近后置滤光器的一侧。

进一步，所述样品室为不透光、带盖的盒子，设置盖子，以便于取放比色皿、滤光器等，盖好盖子即可形成暗室环境，避免外界光线的干扰。

进一步，所述前置滤光器包括两片平行且竖直放置的前置滤光片，所述后置滤光器包括三片平行且竖直放置的后置滤光片；所述前置滤光片的结构依次包括导光膜、窄通膜、特种玻璃内芯、棱镜膜和增亮膜，所述后置滤光片的结构依次包括棱镜膜、窄通膜、特种玻璃内芯、窄通膜和棱镜膜。

进一步，所述样品室内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，另一种卡口用于固定滤光器。

进一步，所述样品室内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，位于L型方形槽的转角处，另一种卡口用于固定前置滤光片和后置滤光片，用于固定前置滤光片和后置滤光片的卡口分别设置于L型方形槽的两边。

进一步，所述样品室内设置有一个用于固定比色皿的卡口、两个用于固定前置滤光片的卡口以及三个用于固定后置滤光片的卡口。

进一步，所述样品室内设置有顶部呈开口状的样品放置槽，所述样品放置槽中设置有用于固定比色皿的卡口及用于固定前置滤光器的卡口，所述样品放置槽靠近前置滤光器并垂直于光源的侧壁及靠近并平行于智能手机的侧壁设有开孔，或者所述样品放置槽靠近并平行于智能手机的一侧无侧壁。

进一步，所述样品放置槽中设置有一个用于固定比色皿的卡口及两个用于固定前置滤光片的卡口。

进一步，所述照明机构包括用于提供面光源的LED灯组。

进一步，所述LED灯组上设有一组用于将光线发散为面光源的透镜，所述透镜为凹面镜。

进一步，所述照明机构还包括用于向LED灯组提供电能的供电组件。

进一步，所述LED灯组带有USB接口，所述供电组件选自OTG转接线、充电宝、手机充电器中的任意一种。通过OTG转接线可利用手机OTG功能为LED灯组提供电能，为拍照提供恒定光照，控制光照变量，并且无需使用其它供电设备；若手机不具备OTG功能，可以由充电宝、手机充电器为LED灯组供电，保证光源的供电的可靠性、通用性和便携性。

如上所述，本实用新型的基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，通过样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构的结构设计及相互位置关系设置，当需要对比色皿中的样品进行荧光检测分析时，将比色皿、前置滤光器和后置滤光器放置于样品室中，通过照明机构提供面光源，经前置滤光器和后置滤光器实现对比色皿中样品的透射均匀照明及信号放大，将手机横向并呈竖直状态放置于手机支撑架上，对其进行拍照，即可。

采用本装置能保证拍摄环境背景稳定，拍摄角度恒定，减少由于拍摄角度不同带来的误差，避免外部光照环境对拍照效果的影响。

本装置中的成像机构的前置滤光器包括特种玻璃内芯及四种不同类型的镀膜(导光膜、窄通膜、棱镜膜和增亮膜)，能够有效保证激发光线强度、波长的稳定；后置滤光器包括特种玻璃内芯、窄通膜和棱镜膜，其中窄通膜用于荧光分析特定波段的选取，棱镜膜具有汇聚光线的作用，能有效降低成像过程中产生的各种畸变。

附图说明

图1显示为本实用新型中基于智能手机的便携式荧光样品分析装置的整体结构示意图；

图2显示为本实用新型中基于智能手机的便携式荧光样品分析装置的结构示意图；

图3显示为本实用新型中将手机放置于手机支撑架上时的装置结构示意图；

图4显示为本实用新型中基于智能手机的便携式荧光样品分析装置组装好后并将手机放置于手机支撑架上时的结构示意图；

图5显示为本实用新型装置中前置滤光片和后置滤光片的结构示意图；

图6显示为本实用新型装置中样品放置槽的结构示意图；

图7显示为本实用新型装置中照明机构的结构示意图；

图8显示为利用本实用新型的装置拍摄不同浓度的荧光素钠效果图；

图9显示为利用Iphone6S上的软件Color Pickers对不同浓度的荧光素钠样品进行分析的效果图；

图10显示为验证本实用新型的装置用于荧光检测效果的数据统计及分析结果图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

附图标记说明：

样品室1、手机支撑架2、前支撑板21、后支撑板22、手机托槽23、照明机构3、LED灯组31、凹面镜32、成像机构4、前置滤光器5、后置滤光器6、样品放置槽7、导光膜81、窄通膜82、特种玻璃内芯83、棱镜膜84和增亮膜85。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的基于智能手机的便携式荧光样品分析装置，包括样品室1、手机支撑架2、照明机构3、成像机构4。

样品室1用于放置比色皿和滤光器，且不透光；手机支撑架2用于放置智能手机，照明机构3用于提供面光源；成像机构4包括前置滤光器5和后置滤光器6，前置滤光器5和后置滤光器6呈90°夹角放置于样品室1中，前置滤光器5与光源和比色皿处于同一水平线上，后置滤光器6与比色皿和智能手机处于同一水平线上，比色皿放置于两条水平线的交汇点。

样品室1为不透光、带盖的盒子，设置盖子，以便于取放比色皿、滤光器等。具体地，样品室1为不透光的L型方形槽，比色皿放置于L型方形槽的转角处，前置滤光器5和后置滤光器6分别放置于L型方形槽的两边；照明机构3放置于样品室1外，样品室1的侧壁开设有一个供光源进入的通孔。

手机支撑架2位于样品室1中靠近后置滤光器6的一侧，且样品室1与手机支撑架2连接在一起。具体地，手机支撑架2包括前支撑板21、后支撑板22和手机托槽23，前支撑板21与后支撑板22竖直且相对设置；手机托槽23位于前支撑板21与后支撑板22之间，并位于前支撑板21与后支撑板22下端；样品室1无右侧壁，样品室1的底部、前后侧壁与手机支撑架2的前支撑板21、后支撑板22和手机托槽23固定连接在一起，围合成一个U型的槽状结构。

如图5a所示，前置滤光器5用于保证光源的波长恒定，由两片平行、间隔且竖直放置的前置滤光片组合而成，前置滤光片的结构依次包括导光膜81、窄通膜82、特种玻璃内芯83、棱镜膜84和增亮膜85，其中导光膜81具有加强滤光片通透性的作用，窄通膜82具有选取特定波长光线通过的作用，棱镜膜使光线更汇聚减小成像的畸变，增亮膜具有使光线发散更加均匀的作用。

如图5b所示，后置滤光器6由三片平行、间隔且竖直放置的后置滤光片组合而成，后置滤光片的结构依次包括棱镜膜、窄通膜82、特种玻璃内芯83、窄通膜82和棱镜膜，其中棱镜膜使光线更汇聚减小成像的畸变，窄通膜82具有选取特定波长光线通过的作用。

样品室1内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，位于L型方形槽的转角处，数量为1个；另一种卡口用于固定前置滤光片和后置滤光片，用于固定前置滤光片和后置滤光片的卡口分别设置于L型方形槽的两边，数量分别为2个和3个。

进一步地，样品室1内设置有顶部呈开口状的样品放置槽7，如图6所示，用于固定比色皿的卡口及用于固定后置滤光片的卡口设置于样品放置槽7中，样品放置槽7靠近前置滤光器5并垂直于光源的侧壁(即图6所示的前侧壁)设有开孔，以供光源照射在比色皿上，样品放置槽7靠近并平行于智能手机的侧壁(即图6所示的右侧壁)设有以供智能手机拍照用的开孔，或者不设置右侧壁，以便于智能手机拍照。样品放置槽7最好采用不透光的材料制成。

如图7所示，照明机构3包括用于提供面光源的LEDLED灯组31，LEDLED灯组31上设有一组用于将光线发散为面光源的透镜，透镜为凹面镜32。照明机构3还包括用于向LEDLED灯组31提供电能的供电组件，LEDLED灯组31带有USB接口，供电组件选自OTG转接线、充电宝、手机充电器中的任意一种。通过OTG转接线可利用手机OTG功能为LEDLED灯组31提供电能，为拍照提供恒定光照，控制光照变量，并且无需使用其它供电设备；若手机不具备OTG功能，可以由充电宝、手机充电器为LEDLED灯组31供电，保证光源的供电的可靠性、通用性和便携性。

本实施例中装置的参考尺寸(长×宽×高)为：样品室1和手机支撑架2整体尺寸90mm×80mm×50mm，样品放置槽7尺寸78.5mm×16mm×43mm；用于固定比色皿的卡口规格13mm×13mm×35mm，用于固定前置滤光片和后置滤光片的卡口规格5mm×5mm×35mm。

使用本装置进行荧光样品分析拍照的方式为：如图3和图4所示，将比色皿中的样品进行荧光检测分析时，将盛有样品的比色皿、前置滤光片和后置滤光片放置于样品室1的卡口中固定好，并盖好盖子；通过照明机构3对准样品室1上的通孔，以向样品室1内提供面光源，经前置滤光器5和后置滤光器6实现对比色皿中样品的透射均匀照明及信号放大，将智能手机横向并呈竖直状态放置于手机支撑架2上，对其进行拍照，即可。

实施例2

本实施例中的基于智能手机的便携式荧光样品分析装置结构与实施例1基本相同，不同之处在于：样品室内不设置样品放置槽，用于固定比色皿的卡口及用于固定后置滤光片的卡口与用于固定后置滤光片的卡口一样，直接设置在样品室侧壁上。

实施例3

为了验证本实用新型的基于智能手机的便携式荧光样品分析装置的荧光检测效果，利用实施例1中的装置拍摄不同浓度的荧光素钠，结果如图8所示，利用Iphone6S上的软件Color Pickers对不同浓度的荧光素钠样品进行分析，结果如图9所示。Color Pickers软件对照片像素位置利用坐标精确定位，能保证准确性和可重复性，同时该软件可以同时取样RGB、CMYK、HSB、HSV和灰度值。由图8和图9可以发现，使用本装置拍照，拍摄环境的光照条件、背景颜色和拍摄的角度都得到了保障，拍出的照片中的样品不会有变形，歪斜的情况，由此可见本实用新型的装置可以很好实现对样品的拍摄和观察，实现快速便携的荧光分析检测。

在样品溶液的浓度梯度为0.1/0.2/0.4/0.5/0.6/0.8μM的情况下，利用Iphone6S上的软件Color Pickers对不同浓度的荧光素钠样品进行分析，对比荧光光度计分析结果和本装置拍照分析的结果，结果如图10所示。图10中，a为荧光光度计检测荧光素钠的曲线；b为使用荧光光度计检测荧光素钠，经多次平行实验后对所得的数据进行线性拟合，得到直线方程y＝-53.35167+1026.61x，其R

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。