CN101113985B - 一种卫生状况现场快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对卫生质量进行现场快速检测装置及检测方法，装置包括：自动加样单元，光电转换单元，控制、运算及存储显示电路单元；方法包括：选择被测参数，基于ATP生物发光原理，在样品池中加入被测样品和体细胞裂解剂、细菌细胞裂解剂及荧光素-荧光素酶发光试剂的三组检测试剂，每组试剂有自动进样装置与样品池相连，根据检测需求控制向样品池中注入不同试剂，通过测量总ATP含量来获得样品表面洁净度状况，测量细菌细胞内ATP含量来定量检测样品中的细菌总数。相比传统检测装置，本发明检测速度快，检测时间小于30分钟，自动化程度高，可操作性好，可用于食品、化妆品、医疗、环境等领域的卫生质量现场快速检测。

Description

一种卫生状况现场快速检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于卫生防疫技术领域，涉及光机电一体化技术及生物发光技术，具体的涉及卫生状况现场快速检测。

背景技术

随着化妆品，食品，药品等公共卫生事业为细菌或微生物的控制和检测需求越来越高，对相关的检验方法及检测装置的要求越来越高。目前，质量检验检疫部门对细菌总数及微生物指标的检测普遍采用传统的培养法，具体采样方法，培养方法及测量方法在国标(GB/T 4789.2-2003)中都做了详尽的规定。这一方法的优点是准确度高，缺点是检测时间长，操作步骤复杂繁琐，需专业技术人员。ATP生物发光技术是目前最有希望实现快速检测细菌及微生物的方法。

ATP，即三磷酸腺苷是广泛存在与生物体内的一种能量物质。1942年，Johns Hopkins大学的McElory发现ATP可以作用于荧光素与荧光素酶，使荧光素受激发射荧光。ATP在一定浓度范围内时，其浓度与荧光素酶催化的发光强度成线性相关，因此通过测量光强可以定量测量ATP含量。这种技术被称作ATP生物发光技术，由20世纪60年代由美国航空航天局提出，其反应方程式为：

D’Eustachio和Levin长期研究表明，各生长期的细菌具有较为恒定的ATP含量，因此利用ATP生物荧光技术通过检测细菌内ATP含量可以推算出样品的含菌量。由于ATP生物荧光技术测量细菌微生物无需培养过程，检测时间短，灵敏度高，操作简便，受到了众多研究人员的关注，国外已经有公司根据此原理研制出微生物数量快速检测试剂及试剂盒以及相关检测装置。对已有报道及产品进行分析认为，现有装置在设计方面仍需进一步改进，主要表现以下两个方面：

1、由于检测过程本身需要多种检测试剂，目前装置中添加多采用手工方式，步骤繁琐，自动化程度不够，需专业人员操作，且所需附件较多，包括移液枪，试剂盒等，不利于现场检测；

2、应用面相对较窄，一般只针对细菌总数或表面清洁度其中之一个参数进行检测。因此该两参数结合，将使检测装置有更大的应用范围。

发明内容

针对上述技术问题的分析，本发明的目的是提供一种集成、可用于现场检测的卫生状况现场快速检测装置。

为了实现上述目的，本发明的一方面，是提供一种用于卫生状况现场快速检测装置。它的解决方案是采用自动加样装置，根据检测需求控制向样品池中添加相应检测试剂，实现细菌总数检测和清洁度集成化的检测。

本发明一种卫生状况现场快速检测装置，包括自动加样单元，光电转换单元，控制单元，将自动加样单元的自动加样部件分别与光电检测单元信号的一个输入端和控制单元的输出端联接，根据检测需求由控制单元控制向样品池中添加相应检测试剂，实现对样品细菌总数和表面洁净度两参数集成化检测。

所述自动加样单元，包括三个试剂瓶、三组独立的自动加样部件以及样品池；三组独立的自动加样部件分别与三个试剂瓶和一个样品池连接，控制单元与三组自动加样部件连接，用于将试剂瓶中的检测试剂吸出、注入样品池，并且使检测试剂与样品池中的被检样品反应。

所述三个试剂瓶分别盛放三种检测试剂，即体细胞裂解剂及ATP消去试剂，细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

所述在样品池为透光性好的聚合材料。

所述样品池上部的进样口与自动加样部件连接；样品池的下部与光电转换单元相接。

所述光电转换单元置于密闭腔中，光电转换单元的输出信号与外电路连接。

所述光电转换单元包括检测腔，光电转换器件，检测腔置于密闭腔中，检测腔用于放置及定位样品池；光电转换器件位于检测腔的下部，用于采集样品池内发出的荧光，并将其汇聚到光电转换器件。

所述光电转换单元选择高灵敏度光电倍增管。

所述控制单元包括信号采集控制及处理单元、存储模块和显示模块，信号采集控制及处理单元控制存储模块和显示模块协调工作，信号采集控制及处理单元根据检测需求控制自动加样单元向样品池中添加相应检测试剂；信号采集控制及处理单元将光电转换单元输出的电信号进行处理及运算，获得最终检测结果存储于存储模块；显示模块将检测结果实时显示。

所述三组检测试剂瓶与对应三组自动加样部件间滑动连接。

所述自动加样单元采用微型泵实现自动取样及加样。

本发明的另一方面，提供一种卫生状况现场快速检测方法，检测步骤如下：

系统初始化，进入选择被测参数步骤，基于ATP生物发光在样品池中加入被测样品和加入生物发光反应试剂组，测量总ATP含量来获得样品表面洁净度状况，测量细菌细胞内ATP含量来定量检测样品中的细菌总数，显示样品池中被测样品的细菌总数或表面洁净度，并返回选择被测参数步骤。

所述生物发光反应试剂组为体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

所述被测参数为细菌总数和表面洁净度。

所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为细菌总数，则在样品池中加入体细胞裂解剂及ATP消去试剂，细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为表面洁净度，则在样品池中加入，细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

本发明的特征是对于每组试剂都有一套独立的自动进样单元与样品池相连，根据检测需求控制各个自动进样单元，向样品池中注入不同试剂，实现对样品中总ATP含量检测或者只对细菌中ATP含量的检测，从而实现对被检测物表面洁净度评估或细菌总数的快速检测，实现细菌总数检测和洁净度检测两参数集成化；且由于采用自动加样方式，省去多种试剂盒及加样附件，自动化程度高，利于非专业人员现场检测。

本发明采用ATP生物发光技术，相比传统检测装置，具有检测时间短的优点，检测时间可小于30分钟，可用于卫生状况的现场快速检测；本发明采用自动加样系统，相比传统方法，自动化程度更高，具有更好的可操作性，在食品、化妆品、医疗、环境的领域的卫生质量检测具有很大的应用潜力。

本发明公开的一种用于对卫生状况进行现场快速检测及评估的装置，根据生物体内能量物质ATP在氧气及Mg²⁺环境中与荧光素及荧光素酶反应发出荧光，且荧光强度与ATP含量在一定范围内成比例的原理，本发明可用于对被检测样品细菌总数检测及表面清洁度检测。在食品卫生监督部门有很大应用潜力。

附图说明

图1为本发明卫生状况检测装置结构原理示意图

图2为本发明卫生状况检测装置工作流程图

图3为本发明卫生状况检测装置光电转换单元结构图

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

根据本发明，如图1为本发明一种卫生状况现场快速检测装置结构原理示意图所示，包括：包括自动加样单元1，光电转换单元2，控制单元3，将自动加样单元1的自动加样部件分别与光电转换单元2信号的一个输入端和控制单元3的输出端联接，根据检测需求由控制、运算及存储显示电路单元3控制向样品池10中添加相应检测试剂，实现对样品细菌总数和表面洁净度两参数集成化检测。

具体实施例如下：

所述自动加样单元1，包括三个试剂瓶4、5、6，三组独立的自动加样部件7、8、9以及样品池10；三组独立的自动加样部件7、8、9分别与试剂瓶4、5、6与样品池10连接，控制单元3与自动加样部件7、8、9连接，用于将试剂瓶4、5、6中的检测试剂由试剂瓶4、5、6吸出并注入样品池10，并检测试剂与样品池10中的被检样品反应。其中，试剂瓶4、5、6为4mL通用的棕色试剂瓶，以防止外界光对发光试剂的影响。自动加样部件7、8、9可以选择为微型蠕动泵，其尺寸小，约为6×5×3cm，利于集成在小型仪表中；转速范围为0.1～50rpm，流量范围为0.006～37mL/min，适合对加样量的精确控制；样品池10选择透光性好的聚合材料自行加工，如聚苯乙烯，其尺寸外径为1cm，高度为1.5cm。检测腔12依据此尺寸设计，使样品池10能够稳定固定。

所述三个试剂瓶4、5、6分别盛放三种检测试剂，即体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

所述样品池10的上部为进样口与自动加样部件7、8、9连接；样品池10的下部与光电转换单元2相接。

所述光电转换单元2置于密闭腔13中，光电转换单元2的输出信号与外电路连接。

图3为本发明卫生状况检测装置光电转换单元结构图，图中：

所述光电转换单元2包括检测腔12，光电转换器件11，检测腔12置于密闭腔13中，检测腔12用于放置及定位样品池10；光电转换器件11位于检测腔12的下部，用于采集样品池10内发出的荧光，并将其汇聚到光电转换器件11。光电转换器件11选择高灵敏度光电倍增管，其型号为H5773，其最大响应波长与该发明中涉及的发光试剂组所发出的荧光波长相吻合。检测腔12尺寸根据样品池10确定，目的是将样品池10固定。密闭腔13与检测腔12选择铝加工而成，整体涂黑，以减小杂散光影响。检测腔12为抽屉结构，方便抽出以放入样品池及检测样品。密闭腔13整体参考尺寸约为10×8×5cm。光电转换器件11固定在密闭腔下端，与检测腔12正对，以有效采集荧光。

所述光电转换单元2中的光电转换器件11选择为高灵敏度光电倍增管。

所述控制单元3包括信号采集控制及处理单元14、存储模块15和显示模块16，信号采集控制及处理单元14控制存储模块15和显示模块16协调工作，信号采集控制及处理单元14中的微处理芯片根据检测需求控制自动加样单元1向样品池10中添加相应检测试剂；信号采集控制及处理单元14将光电转换单元2输出的电信号进行处理及运算，获得最终检测结果存储模块15；显示模块16将检测结果实时显示。信号采集及处理单元14和存储模块15采用一块高精度A/D转换芯片ADUc834，可同时实现数据的采集，处理、存储及对自动加样部件7、8、9的控制。显示模块16可采用液晶显示，在信号采集及处理单元控制下，显示数据处理结果。

所述三组检测试剂瓶4、5、6与对应三组自动加样部件7、8、9间滑动连接，可拆卸。

所述自动加样单元7、8、9采用微型泵实现自动取样及加样。

所述光电转换单元2密封在一个密闭腔12内，检测试剂经检测腔12与样品池10连接，光电转换单元2的输出信号与外电路连接。

三磷酸腺苷(ATP)是一种能量物质，广泛存在于各种生物体内，包括细菌细胞，体细胞等。ATP在氧气及Mg²⁺的环境中与荧光素及荧光素酶发生反应放出荧光，且荧光强度与ATP含量在一定范围内成比例。本发明即是在此原理基础上提出。通过测量总ATP含量可一定程度上反映样品表面洁净度状况；另外，ATP在各种细菌细胞内的含量基本相同，因此通过测量细菌细胞内的ATP含量可定量检测样品中的细菌总数。荧光素及荧光素酶发光试剂用于与检测样品中的ATP反应发出荧光。由于细菌细胞裂解剂相比体细胞裂解剂有更强的裂解能力，因此同样可用作体细胞裂解剂。

图2为本发明卫生状况检测装置工作流程图，图中：

根据本发明的卫生状况现场快速检测方法，具体检测步骤如下：系统初始化，进入选择被测参数步骤，基于ATP生物发光在样品池中加入被测样品和生物发光反应试剂组，测量总ATP含量来获得样品表面洁净度状况，测量细菌细胞内ATP含量来定量检测样品中的细菌总数，显示样品池中被测样品的细菌总数或表面洁净度，并返回选择被测参数步骤。所述生物发光反应试剂组为体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。所述被测参数为细菌总数和表面洁净度。所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为细菌总数，则在样品池中加入体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为表面洁净度，则在样品池中加入细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

如果选择被测参数为细菌总数测量，具体步骤为：

1.试剂瓶4中的体细胞裂解剂及ATP消去素被加入样品池10中以去除体细胞及游离ATP对测量结果的影响；

2.约1分钟后试剂瓶5中的细菌细胞裂解被自动加入样品池10中以裂解出细菌中的ATP；

3.约1分钟试剂瓶6中的荧光素及荧光素酶发光试剂加入样品池10中，同时光电转换器件11将样品池10发出的荧光转换为电信号由信号采集及处理单元处理后显示细菌总数结果。

如果选择的被测参数为表面清洁度测量，则由细菌总数测量的第二步开始，具体步骤为：

4.试剂瓶5中的细菌细胞裂解被自动加入样品池10中以裂解出细菌及体细胞中的ATP，即检测样品中总ATP；

5.约1分钟试剂瓶6中的荧光素及荧光素酶发光试剂加入样品池10中，同时光电转换器件11将样品池10发出的荧光转换为电信号由信号采集及处理单元处理后显示细菌总数结果。

体细胞裂解剂及ATP消去试剂用于裂解体细胞并将体细胞内及游离ATP消除；细菌细胞裂解剂用于裂解细菌细胞，将其内部ATP释放；

所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为表面洁净度，则在样品池中加入细菌细胞裂解剂和荧光素及荧光素酶发光试剂。

本发明的实施例之一为食品中的细菌总数检测。

GB/T 4789.2-2003规定细菌总数为检测样品在一定条件下培养所得1mL(g)中所含的细菌的总数，是判定食品被污染程度的标志。目前普遍采用平板计数法，检测过程需培养24-48小时，检测周期长，效率低。

本发明根据ATP生物荧光法检测食品中细菌总数。样品按国标GB/T4789.2-2003中规定在无菌操作下取样品25g(mL)研碎放入225mL灭菌生理盐水中，充分振荡制备成1∶10的均匀稀释液，以该溶液为检测样品。取100uL该溶液加入样品池10并放入密闭检测腔12内准备测量。通过仪表按键选择检测指标为细菌总数并开始检测。自动加样单元在微处理芯片控制下首先向样品池中注入体细胞裂解剂及ATP消去素，并静置约1分钟，以充分裂解溶液中体细胞并消除体细胞内ATP与游离ATP；然后自动加样单元继续在微处理芯片控制下向样品池加入细菌细胞裂解剂以提取细菌中的ATP。反应约1分钟后，自动加入荧光素及荧光酶发光试剂并同时开始检测发光值。设定检测时间为30s。根据预先写入微处理芯片的发光值与ATP浓度之间的标准方程，反推出检测样品中的细菌总数。

本发明的实施例之二为表面清洁度检测。

表面清洁度检测不仅包括被检物中的细菌总数，还包括各种体细胞，食物残留等，本发明以表面所有ATP为检测对象，实现对表面清洁度的快速评估。检测以国标GB/T 4789.17-2003中规定的棉拭采样法进行采样和样品前处理，获得检测原液。

取100uL该溶液加入样品池中，由仪表按键控制选择检测指标为清洁度检测。自动加样单元在微处理芯片控制下直接加入细菌细胞裂解剂，静置约1分钟，将体细胞及细菌细胞同时裂解。然后自动加入荧光素及荧光素酶发光试剂，同时开始检测发光值，检测时间为30秒。检测结果以相对发光强度给出，用以对表面清洁度状况进行快速评估。

上面的描述是用于实现本发明及其实施例，因此，本发明的范围不应由该描述来限定。本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。

Claims (11)

1.一种卫生状况现场快速检测装置，其特征是，包括自动加样单元(1)，光电转换单元(2)，控制单元(3)，将自动加样单元(1)的自动加样部件分别与光电转换单元(2)信号的一个输入端和控制单元(3)的输出端联接，根据检测需求由控制单元(3)控制向样品池中添加相应检测试剂，用于对样品细菌总数和表面洁净度两参数集成化检测；

所述自动加样单元(1)，包括三个试剂瓶(4、5、6)、三组独立的自动加样部件(7、8、9)以及一个样品池(10)；三组独立的自动加样部件(7、8、9)分别与三个试剂瓶(4、5、6)连接，三组独立的自动加样部件(7、8、9)分别与一个样品池(10)连接，控制单元(3)分别与所述三组独立的自动加样部件(7、8、9)连接，用于将试剂瓶(4、5、6)中的检测试剂吸出、注入样品池(10)，并且使检测试剂与样品池(10)中的被检样品反应；所述三组独立的自动加样部件(7、8、9)采用微型蠕动泵实现自动取样及加样；

所述三个试剂瓶(4、5、6)分别盛放三种检测试剂，即体细胞裂解剂及ATP消去试剂，细菌细胞裂解剂，荧光素及荧光素酶发光试剂。

2.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述样品池(10)由透光性好的聚合材料加工形成。

3.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述样品池(10)上部的进样口与所述自动加样部件(7、8、9)连接；样品池(10)的下部与光电转换单元(2)相接。

4.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述光电转换单元(2)置于密闭腔(13)中，光电转换单元(2)的输出信号与外电路连接。

5.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述光电转换单元(2)包括：检测腔(12)、光电转换器件(11)，检测腔(12)置于密闭腔(13)中，检测腔(12)用于放置及定位样品池(10)；光电转换器件(11)位于检测腔(12)的下部，用于采集样品池(10)内发出的荧光，并将其汇聚到光电转换器件(11)。

6.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述光电转换单元(2)选择高灵敏度光电倍增管。

7.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述控制单元(3)包括：信号采集控制及处理单元(14)、存储模块(15)和显示模块(16)，信号采集控制及处理单元(14)控制存储模块(15)和显示模块(16)协调工作，信号采集控制及处理单元(14)根据检测需求控制自动加样单元(1)向样品池(10)中添加相应检测试剂；信号采集控制及处理单元(14)将光电转换单元(2)输出的电信号进行处理及运算，获得最终检测结果存储于存储模块(15)；显示模块(16)将检测结果实时显示。

8.如权利要求1所述的卫生状况现场快速检测装置，其特征在于，所述三个试剂瓶(4、5、6)与对应三组独立的自动加样部件(7、8、9)间滑动连接。

9.一种利用权利要求1所述卫生状况现场快速检测装置的卫生状况现场快速检测方法，其特征在于，步骤如下：系统初始化，进入选择被测参数步骤，基于ATP生物发光在样品池中加入被测样品和生物发光反应试剂组，测量总ATP含量来获得样品表面洁净度状况，测量细菌细胞内ATP含量来定量检测样品中的细菌总数，显示样品池中被测样品的细菌总数或表面洁净度，并返回选择被测参数步骤；

所述生物发光反应试剂组为体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂、荧光素及荧光素酶发光试剂；

所述被测参数为细菌总数和表面洁净度。

10.如权利要求9所述卫生状况现场快速检测方法，其特征在于，所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为细菌总数，则在样品池中加入体细胞裂解剂及ATP消去试剂、细菌细胞裂解剂、荧光素及荧光素酶发光试剂。

11.如权利要求9所述卫生状况现场快速检测方法，其特征在于，所述加入生物发光反应试剂组，若是选择被测样品参数为表面洁净度，则在样品池中加入细菌细胞裂解剂、荧光素及荧光素酶发光试剂。

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