RFID技術(shù)在膠體金免疫層析中的應用研究

摘要：本文設計了一個(gè)應用于膠體金免疫層析檢驗的RFID系統，系統由射頻讀卡模塊、射頻標簽和主控單片機組成，全部信息都存儲于電子標簽卡中，還可以通過(guò)RS-232串口將數據傳輸到計算機，實(shí)現測量數據的管理。

關(guān)鍵詞：RFID；電子標簽；膠體金免疫層析試條

隨著(zhù)實(shí)時(shí)臨床診斷與實(shí)時(shí)臨床決策的需要，以硝酸纖維素膜為載體的快速免疫分析方法得到了迅速的發(fā)展和廣泛應用，尤其是膠體金免疫層析，已成為目前最主要的快速免疫分析方法之一。

RFID (射頻識別技術(shù))是20世紀90年代開(kāi)始興起的一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，操作快捷方便，已廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。

本文利用射頻讀卡模塊、電子標簽和主控單片機，搭建了一個(gè)應用于膠體金免疫層析檢驗的RFID系統。利用RFID技術(shù)的自動(dòng)識別和電子標簽的體積小、息容量大等特點(diǎn)，將電子標簽和免疫分析試條封裝在一起構成試條卡，并在電子標簽中存儲試條信息(制造廠(chǎng)商、有效期等)、檢測結果、被測對象的身份信息、檢測日期等數據信息，提高樣本管理和數據記錄的效率，保證試條的正確使用。通過(guò)RS-232接口，電子標簽中的信息還可以傳輸到計算機，實(shí)現測量數據的記錄和管理。

RFID系統通常由電子標簽、讀寫(xiě)器和計算機網(wǎng)絡(luò )組成：電子標簽中存儲著(zhù)物品被識別的相關(guān)信息，通常放置在需要被識別的物品上，被射頻讀寫(xiě)器通過(guò)非接觸方式的讀/寫(xiě)獲取它存儲的信息。

讀寫(xiě)器是可以利用射頻技術(shù)讀/寫(xiě)電子標簽信息的設備，讀出的標簽信息通過(guò)計算機及網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)行管理和信息傳輸；計算機網(wǎng)絡(luò )通常用于對數據進(jìn)行管理，完成通信傳輸功能。讀寫(xiě)器可以通過(guò)標準接口與計算機通信網(wǎng)絡(luò )連接，以便實(shí)現通信和數據傳輸功能。

射頻識別系統根據工作頻率的不同可分為低頻(100kHz~500kHz)、高頻(10MHz~15MHz)、超高頻(850MHz~960MHz)和微波系統(2.4GHz~5GHz)。低頻系統的特點(diǎn)是電子標簽成本低，標簽保存的數據量較少，閱讀距離一般小于10cm，閱讀天線(xiàn)方向性不強；高頻系統電子標簽的數據容量一般較大、閱讀距離為10cm~1m，閱讀天線(xiàn)及電子標簽天線(xiàn)有較強的方向性；超高頻系統主要應用于如高速公路收費等讀寫(xiě)距離大和讀寫(xiě)速度較高的場(chǎng)合。同時(shí)，根據電子標簽內是否有電池為其供電，又可分為有源系統和無(wú)源系統。

本系統需要存儲較多的信息，并要求天線(xiàn)具有一定的方向性以避免產(chǎn)生誤操作，閱讀距離要求為5cm以上。所以，系統采用13.56MHz的高頻無(wú)源RFID系統。

硬件系統設計

RFID試條卡系統的原理框圖如圖1所示，試條的顯色信息經(jīng)光電檢測器、前置放大器、ADC等，送入到單片機。讀寫(xiě)模塊通過(guò)外接天線(xiàn)模塊對接近的電子標簽發(fā)生感應，并進(jìn)行讀寫(xiě)操作。單片機與讀寫(xiě)模塊之間采用SPI方式通信，實(shí)現對電子標簽的讀寫(xiě)操作；單片機通過(guò)RS-232接口連接到計算機，并將樣本身份標識、測試結果、測試時(shí)間等信息上傳到計算機，進(jìn)行總體數據的統計、管理。

圖1 RFID試條卡系統的原理框圖

讀寫(xiě)器

讀寫(xiě)器包括射頻讀寫(xiě)模塊和外接天線(xiàn)模塊。其中，射頻讀寫(xiě)模塊采用高度集成的FM1702N讀卡芯片， 支持ISO14443A協(xié)議，模塊的引腳分布如圖2所示。該模塊支持UART、I2C以及SPI等接口，根據控制引腳M1和NSS，可選擇與單片機的接口類(lèi)型?？刂颇K上電時(shí)進(jìn)入自動(dòng)尋卡狀態(tài)，也可由單片機關(guān)閉自動(dòng)尋卡功能，以降低系統功耗。

圖2 讀寫(xiě)模塊管腳分布

電子標簽

電子標簽采用Mifare ultralight系列，符合ISO14443A標準，工作頻率為13.56MHz，數據傳輸速率可達106kbps，存儲容量為512b，共分為16頁(yè)，每頁(yè)4個(gè)字節。具體的存儲器結構如表1所示。

將電子標簽和膠體金免疫層析試條封裝在一個(gè)塑料外殼之內，如圖3所示，電子標簽采用微型圓盤(pán)封裝。借助于電子標簽的序列號，每個(gè)試條卡都有一個(gè)唯一的特征標識。出廠(chǎng)前，在電子標簽中寫(xiě)入檢測病情、試條廠(chǎng)家代碼和生產(chǎn)日期及有效日期等；試條測試時(shí)可寫(xiě)入檢測對象的身份信息、檢測結果、檢測時(shí)間、化驗員代碼等。

圖3 膠體金免疫層析試條卡封裝示意圖

RFID操作程序的設計

待測樣品加入到試條卡，試條顯色完全后，將試條卡插入到讀寫(xiě)器的讀卡區。在單片機控制下，實(shí)現對試條顯色的閱讀以及電子標簽的讀寫(xiě)操作，操作流程如圖4所示。

圖4 試條卡操作流程圖

試條卡讀寫(xiě)器上電后，單片機首先進(jìn)行初始化，選擇讀寫(xiě)模塊工作在SPI從方式(M1管腳置高電平)，打開(kāi)INT0中斷，等待試條卡的插入中斷。當試條卡插入到讀寫(xiě)器的讀卡區時(shí)，SIG置低電平，觸發(fā)上位機中斷INT0，執行中斷程序。

在中斷程序中，首先讀取試條卡的序列號和標志信息，判斷是否為經(jīng)過(guò)測試的新卡，若是已經(jīng)測試過(guò)的試條卡，則直接從電子標簽中讀取記錄結果及之前的測試時(shí)間，并予以顯示。若為新卡，則進(jìn)一步判斷試條的有效期，若已失效，則予以報警。只有沒(méi)有失效的新卡，才會(huì )啟動(dòng)試條的閱讀，并將測試結果、測試時(shí)間寫(xiě)入到電子標簽中。
　　
結語(yǔ)

在膠體金免疫層析儀器中，通過(guò)將電子標簽和免疫分析試條封裝在一起構成試條卡，在電子標簽中存儲試條有效期、試條數據等信息，可以保證試條的正確使用。在檢測完之后，及時(shí)存儲檢測結果、被測對象的身份信息、檢測日期等信息，可以提高樣本采集和數據記錄的效率，在大范圍的疫情普查、生化偵測方面提高工作效率，具有很好的應用前景，并可推廣到其它領(lǐng)域?！?BR>                                                                           
參考文獻
1.陳小鋒，劉曙照.膠體金標記免疫分析及其在小分子化合物快速檢測中的應用藥物生物技術(shù)，2004，11(4)：278-280
2.Selwyn Piramuthu. Protocols for RFID tag/reader authentication. Decision Support Systems,?Volume 43, Issue 3,?April 2007,?Pages 897-914
3.張宏海，劉志峰.RFID系統中識讀器的設計與研究，微計算機信息，2006，07-2：238-240
4.周曉光，王曉華.射頻識別(RFID)技術(shù)原理與應用實(shí)例，人民郵電出版社，2006-12