CN102706845A

CN102706845A - 一种海洋细菌多样性荧光检测系统

Info

Publication number: CN102706845A
Application number: CN2012101935106A
Authority: CN
Inventors: 杨顶田; 卢桂新; 杨跃忠
Original assignee: South China Sea Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: South China Sea Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种海洋细菌多样性荧光检测系统，该系统通过向海洋细菌发出脉冲激发光源，接收由海洋细菌产生的荧光，并根据激发光源的强度及荧光信号数据计算出并分析海洋细菌多样性；该系统包括探测仪及实验室控制系统，该探测仪包括荧光激发装置、荧光采集装置及海上控制装置，该荧光激发装置发出脉冲激发光源对海洋细菌进行激发并产生荧光，荧光采集装置对海洋细菌产生的荧光信号实时采集，海上控制装置对荧光激发装置的开或关、荧光激发频率及对荧光采集装置开或关、荧光采集频率进行控制，并将采集的荧光信号数据传输至实验室控制系统，实验室控制系统对荧光数据进行采集、校正、计算和管理。本发明能有效提高检测效率，且检测方便、快捷。

Description

一种海洋细菌多样性荧光检测系统

技术领域：

本发明涉及海洋检测领域，具体涉及一种海洋细菌多样性荧光检测系统。

背景技术：

目前，在海洋细菌研究方法上，目前主要采用海洋现场采样，分离培养、基因测序的方法以及荧光显微镜技术来观察和研究海洋细菌的多样性。但荧光显微镜技术和倒平板培养法研究证明，在大洋环境中，只有0.01-0.1%的海洋细菌能通过传统的固定平板技术形成菌落，一些细菌处于活的非可培养状态，应用常规的分离培养方法无法全面反映海洋细菌资源状态以及生态功能，从而使大量极有价值的海洋细菌资源被埋没，很难全面了解细菌的丰度和多样性及其生态学意义和在成矿中的作用。由于海洋细菌的难培养性以及对高氧、低压的不适应性，加上实验室环境与深海环境之间差别较大，导致测量结果与实际情况之间有很大的差别，而且数据获得也较为不容易。

原位荧光测量法可同时提供激发光谱、发射光谱以及荧光偏振等许多物理参数，可以用于细菌体内酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、胞外酶、ATP、NAD、NADP、核酸以及细胞膜等成分的检测分析。激光诱导荧光检测技术的灵敏度比普通光诱导荧光高1-3个数量级，采用原位荧光测量技术可以较好地对海洋细菌的丰度和多样性进行检测。鉴于原位荧光测量法对细菌丰度和多样性进行测量具有灵敏度高、特效检出、快速、便捷、连续测量、不需要培养等优势，荧光测量法作为海洋细菌检测的一种重要方法，对海洋细菌丰度和多样性的准确、快速检测具有相当重要的意义。

发明内容：

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种有效提高检测效率的海洋细菌多样性荧光检测系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：包括以下步骤，通过向海洋细菌发出脉冲激发光源，接收由海洋细菌产生的荧光，并根据激发光源的强度及荧光信号数据计算出海洋细菌多样性。

包括探测仪及实验室控制系统，该探测仪包括荧光激发装置、荧光采集装置及海上控制装置，该荧光激发装置发出脉冲激光光源对海洋细菌进行激发并产生荧光，荧光采集装置对海洋细菌产生的荧光信号进行实时采集，海上控制装置对荧光激发装置的开或关、荧光激发频率及对荧光采集装置的开或关、荧光采集频率进行控制，并将采集到的荧光信号数据传输至实验室控制系统，实验室控制系统对荧光数据进行采集、校正、计算和管理。

该荧光激发装置包括依次连接的激发光源、第一光栅、光极化器、第一光强衰减光栅、光束分离器、光纤及激发光探头，该荧光激发装置通过激发光探头发出脉冲光源对海洋细菌进行激发，该光束分离器还依次连接有第二光强衰减光栅、第二凸透镜、光电二极管及第二A/D转换器。

该荧光采集装置包括依次连接的荧光探测器、光纤、第二光栅、单色光分离器、第一凸透镜、光电倍增管及第一A/D转换器，该荧光采集装置通过荧光探测器对海洋细菌产生的荧光信号进行采集。

该海上控制装置包括为荧光激发装置及荧光采集装置提供电源的电源模块，用于控制激发光源、荧光采集、数据存储、A/D转换器工作的控制模块，与实验室控制系统实现无线通讯的第一通讯模块及检测海里温度及压力参数的环境参数模块，该海上控制装置将激发光源信号及荧光信号通过第一通讯模块传输至实验室控制系统。具体的，该电源模块包括与控制模块连接的电源开关系统唤醒模块、电源电压电路及电源，该环境参数模块包括温度探头及压力探头。该海上控制装置还包括数据存储器、时钟控制器及总线扩展器，该控制模块分别与数据存储器及时钟控制器连接，该控制模块还通过总线扩展器连接至电源模块。

还包括数据采集和储存装置，所述数据采集和储存装置为一信号储存器，该第一A/D转换器及第二A/D转换器均连接到信号储存器，该第一A/D转换器及第二A/D转换器通过信号储存器连接至控制模块，该信号储存器用于储存激发光源信号及荧光信号，海上控制装置将储存的激发光源信号及荧光信号传输至实验室控制系统。

该海上控制装置还包括一用于采集背景光的光强传感器，光强传感器与控制模块连接，并由控制模块控制其开启或关闭，控制模块通过第一通讯模块将背景光辐射信号传输至实验室控制系统。

该实验室控制系统包括对荧光信号数据进行校正的现场比测资料输入模块，对激发光源的强度进行定标并算出荧光量子吸收产出比的光学定标模块，对荧光信号的可靠性进行验证的真实性检验模块、与海上控制装置实现无线通讯的第二通讯模块、对校正后的荧光信号数据及荧光量子吸收产出比进行分析处理并计算出海洋细菌多样性的数据分析处理模块及数据管理模块。

该第一通讯模块包括一超短波收发信机和/或一卫星数据收发信机，第二通讯模块包括一卫星数据接收机，卫星数据接收机脉冲光源的频率在1MHz以上。

包括安装于探测仪外的一水密外壳，该水密外壳包括壳身、设于壳身一端的水密下盖、设于壳身另一端的水密上盖及安装于水密上盖上的探头盖，该水密上盖内安装光纤，该激发光探头及荧光探测器位于探头盖内表面，并通过设于探头盖上的光学玻璃与珊瑚礁进行光信号传输，该水密上盖还设有一有效光合辐射光强传感器盖，壳身内表面设有探测仪固定板，所述探测仪设与探测仪固定板相配的固定装置，壳身下表面还设有一探测仪底座。

本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

本发明采用荧光激发装置发出的紫外脉冲光源对海洋细菌进行激发，其产生的荧光通过荧光采集装置对荧光信号进行实时采集的方法，可以方便、快捷地对海洋细菌不同波长荧光产量进行探测。探测到的荧光数据采用无线传输的方法，可以直接在实验室对数据进行采集、分析和管理。

本发明可以在现场快速、有效地对海洋细菌多样性进行检测，在很大程度上提高了海洋细菌多样性的检测效率，而且通过无线发送和接收系统对数据进行实时传输。

附图说明：

图1为本发明海洋细菌多样性荧光检测系统的结构示意图；

图2为本发明安装探测仪的水密外壳的结构示意图；

图3为本发明海上控制装置的原理框图；

图4为本发明的原理框图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明的以下结合附图对本发明进行详细的描述。

荧光法对海洋细菌多样性进行测量具有快速、便捷、连续测量、不需要培养等优势。荧光测量法作为海洋细菌多样性检测的一种重要方法，对海洋细菌多样性的准确、快速检测具有相当重要的意义。

本发明提供了一种海洋细菌多样性荧光检测系统，该系统通过向海洋细菌发出脉冲激光光源，接收由海洋细菌产生的荧光，并根据激发光源的强度及荧光信号数据计算出海洋细菌多样性。

该检测系统包括探测仪40及实验室控制系统41，该探测仪40包括荧光激发装置、荧光采集装置及海上控制装置，该荧光激发装置发出紫外脉冲激光光源对海洋细菌进行激发并产生荧光，荧光采集装置对海洋细菌产生的荧光信号进行实时采集，海上控制装置对荧光激发装置的开或关、荧光激发频率及对荧光采集装置的开或关、荧光采集频率进行控制，并将采集到的荧光信号数据传输至实验室控制系统41，实验室控制系统41对荧光数据进行采集、校正、计算和管理。

如图1所示，该荧光激发装置包括依次连接的激发光源1、第一光栅2、光极化器3、第一光强衰减光栅4、光束分离器5、光纤6及激发光探头15，该荧光激发装置通过激发光探头15发出脉冲光源对海洋细菌进行激发，该光束分离器5还通过第二光强衰减光栅4、第二凸透镜13、光电二极管10及第二A/D转换器11连接至数据采集和储存装置。

该第一、第二光强衰减光栅4的作用是对较强光强通过信号饱和溢出的方式进行衰减，使光强适合仪器测量；光电二极管10是将光能转变为电信号；第二凸透镜13是对激光信号进行加强。另外，该脉冲光源的频率在1MHz以上。

该荧光采集装置包括依次连接的荧光探测器14、光纤6、第二光栅7、单色光分离器8、第一凸透镜13、光电倍增管9及第一A/D转换器11，该荧光采集装置通过荧光探测器14对海洋细菌产生的荧光信号进行采集，第一A/D转换器连接至数据采集和储存装置。

该荧光激发装置、荧光采集装置是通过电缆与海上控制装置进行联系。第一、第二A/D转换器11将模拟信号转变为数字信号。第一凸透镜10是对荧光信号进行加强。

如图3所示，该海上控制装置包括为荧光激发装置及荧光采集装置提供电源的电源模块21，用于控制激发光源、荧光采集、数据存储、A/D转换器工作的控制模块20，与实验室控制系统实现无线通讯的第一通讯模块50及检测海里温度及压力参数的环境参数模块51，该海上控制装置将激发光源信号及荧光信号通过第一通讯模块50传输至实验室控制系统41。具体的，该电源模块21包括与控制模块20连接的电源开关系统唤醒模块211、电源电压电路212及电源213，该环境参数模块51包括温度探头17及压力探头18。该海上控制装置还包括数据存储器201、时钟控制器202及总线扩展器203，该控制模块20分别与数据存储器201及时钟控制器202连接，该控制模块20还通过总线扩展器203连接至电源模块21。本发明中，该第一A/D转换器及第二A/D转换器11还通过一信号储存器12连接至控制模块20，该信号储存器12用于储存激发光源信号及荧光信号，海上控制装置将储存的激发光源信号及荧光信号传输至实验室控制系统41。所述控制模块20为PC104。

该海上控制装置还包括一用于采集背景光的光强传感器16，光强传感器16与海上控制装置的控制模块20连接，并由控制模块20控制其开启或关闭，控制模块20通过第一通讯模块50将有效光合辐射信号传输至实验室控制系统41。

如图4所示，该实验室控制系统41包括现场比测资料输入模块52，数据分析处理模块56，数据管理模块57，光学定标与真实性检验模块53/54及第二通讯模块55。现场比测资料输入模块52是将探测到的荧光信号数据与有效光合辐射信号进行比对，对荧光信号数据进行校正，除此之外，还可将探测到的荧光信号数据与荧光显微镜和分子生物学检测的数据进行比对，再对荧光信号数据进行校正；光学定标模块53主要是对激发光源的强度进行定标，算出荧光量子的吸收产出比；真实性检验模块54是对测量信号的可靠性进行验证，看是否是测量虚假信号；数据分析处理模块55对校正后的荧光信号数据及荧光量子吸收产出比进行分析处理并计算出海洋细菌多样性；第二通讯模块55用于接收来自海上控制装置的激发光源信号及荧光信号。

该第一通讯模块50包括超短波收发信机511和/或卫星数据收发信机512，超短波收发信机511与控制模块20连接，卫星数据收发信机512通过接口电路513与控制模块20连接，第二通讯模块55包括卫星数据接收机551。

如图2所示，该探测仪40安装于一水密外壳404内，该水密外壳404包括壳身26、设于壳身26一端的水密下盖22、设于壳身26另一端的水密上盖29及安装于水密上盖29上的探头盖31，该水密上盖29内安装有光纤6，该激发光探头15及荧光探测器14位于探头盖31内表面，并通过设于探头盖31上的光学玻璃32与珊瑚礁进行光信号传输，该水密上盖29还设有一有效光合辐射光强传感器盖30，壳身26内表面设有与探测仪40上的固定装置19相配合的探测仪固定板25，壳身26下表面还设有一探测仪底座34。

该探测仪固定板25与水密下盖22相连接，该探测仪固定板25通过固定沉头螺钉23固定于壳身26内表面，探测仪固定板25与壳身26之间通过水密O形圈24密封。该水密上盖29通过固定螺钉28固定于壳身26的一端上，且水密上盖29与壳身26之间通过水密O形圈27密封。该探头盖31与水密上盖29卡扣配合，并通过水密O形圈33密封。

Claims

1.一种海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：包括探测仪（40）及实验室控制系统（41），该探测仪（40）包括荧光激发装置、荧光采集装置及海上控制装置，该荧光激发装置发出脉冲激光光源对海洋细菌进行激发并产生荧光，荧光采集装置对海洋细菌产生的荧光信号进行实时采集，海上控制装置对荧光激发装置的开或关、荧光激发频率及对荧光采集装置的开或关、荧光采集频率进行控制，并将采集到的荧光信号数据传输至实验室控制系统（41），实验室控制系统（41）对荧光数据进行采集、校正、计算和管理。

2.根据权利要求1所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该荧光激发装置包括依次连接的激发光源（1）、第一光栅（2）、光极化器（3）、第一光强衰减光栅(4)、光束分离器(5)、光纤（6）及激发光探头（15），该荧光激发装置通过激发光探头（15）发出脉冲光源对海洋细菌进行激发，该光束分离器(5)还依次连接有第二光强衰减光栅(4)、第二凸透镜(13)、光电二极管（10）及第二A/D转换器（11）。

3.根据权利要求2所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该荧光采集装置包括依次连接的荧光探测器（14）、光纤（6）、第二光栅（7）、单色光分离器（8）、第一凸透镜（13）、光电倍增管（9）及第一A/D转换器（11），该荧光采集装置通过荧光探测器（14）对海洋细菌产生的荧光信号进行采集。

4.根据权利要求3所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该海上控制装置包括为荧光激发装置及荧光采集装置提供电源的电源模块（21），用于控制激发光源、荧光采集、数据存储、A/D转换器工作的控制模块(20)，与实验室控制系统（41）实现无线通讯的第一通讯模块（50）及检测海里温度及压力参数的环境参数模块（51），该海上控制装置将激发光源信号及荧光信号通过第一通讯模块（50）传输至实验室控制系统（41）。

5.根据权利要求4所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：还包括数据采集和储存装置，所述数据采集和储存装置为一信号储存器(12)，该第一A/D转换器（11）及第二A/D转换器（11）均连接到信号储存器(12)，该第一A/D转换器（11）及第二A/D转换器（11）通过信号储存器(12)连接至控制模块（20），该信号储存器(12)用于储存激发光源信号及荧光信号，海上控制装置将储存的激发光源信号及荧光信号传输至实验室控制系统（41）。

6.根据权利要求5所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该海上控制装置还包括一用于采集背景光的光强传感器（16），光强传感器（16）与控制模块（20）连接，并由控制模块（20）控制其开启或关闭，控制模块（20）通过第一通讯模块（50）将背景光辐射信号传输至实验室控制系统（41）。

7.根据权利要求6所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该实验室控制系统（41）包括对荧光信号数据进行校正的现场比测资料输入模块（52），对激发光源的强度进行定标并算出荧光量子吸收产出比的光学定标模块（53），对荧光信号的可靠性进行验证的真实性检验模块（54）、与海上控制装置实现无线通讯的第二通讯模块（55）、对校正后的荧光信号数据及荧光量子吸收产出比进行分析处理并计算出海洋细菌多样性的数据分析处理模块（56）及数据管理模块（57）。

8.根据权利要求7所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：该第一通讯模块（50）包括一超短波收发信机（511）和/或一卫星数据收发信机（512），第二通讯模块（55）包括一卫星数据接收机（551），卫星数据接收机（551）脉冲光源的频率在1MHz以上。

9.根据权利要求1至8任一项所述的海洋细菌多样性荧光检测系统，其特征在于：包括安装于探测仪（40）外的一水密外壳（404），该水密外壳（404）包括壳身（26）、设于壳身（26）一端的水密下盖(22)、设于壳身(26)另一端的水密上盖(29)及安装于水密上盖(29)上的探头盖(31)，该水密上盖(29)内安装光纤(6)，该激发光探头（15）及荧光探测器（14）位于探头盖（31）内表面，并通过设于探头盖（31）上的光学玻璃（32）与珊瑚礁进行光信号传输，该水密上盖（29）还设有一有效光合辐射光强传感器盖（30），壳身（26）内表面设有探测仪固定板（25），所述探测仪设与探测仪固定板（25）相配的固定装置（19），壳身（26）下表面还设有一探测仪底座（34）。