CN103760150A

CN103760150A - 一种光子计数器和包括该光子计数器的化学发光检测设备

Info

Publication number: CN103760150A
Application number: CN201410028366.XA
Authority: CN
Inventors: 曹际娟; 徐静; 邹明强; 曹冬梅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种光子计数器和包括该光子计数器的化学发光检测设备。所述光子计数器包括：光电传感器，用于将接收到的光信号转换为电信号；整形单元，用于将电信号整形成脉冲信号；脉冲计数器，对脉冲信号进行脉冲计数。根据本发明的用于化学发光检测设备中的光子计数器，能够降低造价成本。另外，该光子计数器用于化学发光检测设备中，简化了检测过程，从而节约了检测时间。

Description

一种光子计数器和包括该光子计数器的化学发光检测设备

技术领域

本发明属于化学检测设备技术领域，具体地讲，涉及一种用于化学发光检测设备中的光子计数器。

背景技术

化学发光免疫分析是近十年来在世界范围内发展非常迅速的非放射性免疫分析，是继酶免技术、放免技术、荧光免疫技术之后发展起来的一种超高灵敏度的微量测量技术。它是一种利用化学发光剂直接标记抗原或抗体的免疫分析方法。一般包括两个部分，即免疫反应系统和化学发光分析系统。而化学发光分析系统是利用化学发光物质经催化剂的催化和氧化剂的氧化，形成一个激发态的中间体，当这种激发态中间体回到稳定的基态时，同时发射出光子(hM)，利用发光信号测量仪器测量光量子产额。

化学发光的发光类型通常分为闪光型和辉光型两种。闪光型发光时间很短，只有零点几秒到几秒的时间。而辉光型又称持续型，发光时间从几分钟到几十分钟，或者几小时之久。闪光型的样品必须立即测量，必须配以全自动化的加样及测量设备。辉光型的样品要求只需要使用通用型的测量设备就可达到测试效果。但是，不论是闪光型还是辉光型均需要测量化学发光物质产生的光子的量，换言之，需要采用化学发光检测设备对其进行测量，那么，对于化学发光检测设备而言，该设备的核心就在于如何对光子进行计数。

目前，在现有技术中，主要由拜尔、雅培、贝克曼、德普等公司生产化学发光免疫分析。虽然这些仪器集合了先进的计算机控制全自动分析技术、稳定的增强化学发光技术微粒子免疫固相分析技术以及独特高效的超声波抗污染技术，具有随机、连续、紧急取样等优点。但是，这些仪器的造价较高，测试成本较高。另外，化学发光免疫分析设备中光子技术器较复杂。因此，需要提供一种造价成本较低的用于化学发光检测设备中的光子计数器。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种造价成本较低的光子计数器。

本发明的另一目的在于提供一种测量过程简单的光子计数器。

根据本发明的一方面，提供一种光子计数器，所述光子计数器包括：光电传感器，用于将接收到的光信号转换为电信号；整形单元，用于将电信号整形成脉冲信号；脉冲计数器，对脉冲信号进行脉冲计数。

根据本发明的一方面，所述整形单元包括：运算放大器和与运算放大器电连接的比较器，以将电信号整形成脉冲信号。

根据本发明的一方面，所述光电传感器为光电倍增管。

根据本发明的一方面，所述光电倍增管包括光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统以及阳极。

根据本发明的一方面，利用反激式变压器对光电传感器进行供电。

根据本发明的一方面，所述光电倍增管的波长为200～1200纳米。

根据本发明的另一方面，提供一种化学发光检测设备，该化学发光检测设备包括如上述所述的光子计数器。

根据本发明的用于化学发光检测设备中的光子计数器，能够降低造价成本。另外，该光子计数器用于化学发光检测设备中，简化了检测过程，从而节约了检测时间。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的框图；

图2示出根据本发明例性实施例的光子计数器的光电倍增管的结构示意图；

图3示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管供电的电路图；

图4示出根据本发明示例性实施例的整形单元的电路图；

图5示出根据本发明示例性实施例的模拟信号经整形单元整形后的图，其中，a为脉冲信号，b为模拟信号；

图6示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管输出的电信号和整形后的脉冲信号的信号图，其中，a为脉冲信号，b为电信号；

图7示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的脉冲信号的脉冲上升时间的图；

图8示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管输出的电信号的宽度的图；

图9示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的整形后的脉冲信号的宽度的图；

图10示出根据本发明示例性实施例的包括光子计数器的化学发光检测设备的框图；

图11示出根据本发明示例性实施例的化学发光检测设备的获取单元的电路图；

图12示出图11中所示的A处的局部放大图；

图13示出图11中所示的B处的局部放大图；

图14示出图11中所示的C处的局部放大图；

图15示出图11中所示的D处的局部放大图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的框图。图2示出根据本发明例性实施例的光子计数器的光电倍增管的结构示意图。图3示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管供电的电路图。图4示出根据本发明示例性实施例的整形单元的电路图。图5示出根据本发明示例性实施例的模拟信号经整形单元整形后的图。图6示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管输出的电信号和整形后的脉冲信号的信号图。图7示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的脉冲信号的脉冲上升时间的图。图8示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的光电倍增管输出的电信号的宽度的图。图9示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的整形后的脉冲信号的宽度的图。图10示出根据本发明示例性实施例的包括光子计数器的化学发光检测设备的框图。图11示出根据本发明示例性实施例的化学发光检测设备的获取单元的电路图。图12示出图11中所示的A处的局部放大图。图13示出图11中所示的B处的局部放大图。图14示出图11中所示的C处的局部放大图。图15示出图11中所示的D处的局部放大图。

图1示出根据本发明示例性实施例的光子计数器的框图。如图1所示，根据本发明示例性实施例的光子计数器包括：光电传感器10、整形单元20、脉冲计数器30。

具体地讲，光电传感器10用于将接收到的光信号转换为电信号。作为示例，这里所述的光信号可以来自于化学发光物质经催化剂的催化和氧化剂的氧化，形成一个激发态的中间体，当这种激发态中间体回到稳定的基态时发射出的光子。该光子，即光信号，可以通过光电传感器10转换为电信号。

光电传感器10可以是任何合适的传感器，只要是能够将光信号转换为电信号即可。在本发明的示例性实施例中，优选地，光电传感器10可以采用滨松公司生产的型号为CR110的光电倍增管。如图2所示，该光电倍增管可包括光电阴极11、电子光学输入系统、电子倍增系统以及阳极12。当光子（光信号）照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入电子倍增系统，并进一步的二次发射得到倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出，继而该过程将光电倍增管接收到的光信号转化为电信号。此外，光电倍增管的波长为200～1200纳米。本发明的光电传感器10采用光电倍增管不仅可以将微弱光信号转换为电信号；另外，将该光电倍增管用于光子计数器中，还可以提高光子计数器的灵敏度、降低噪声。

根据本发明的示例性实施例，利用反激式变压器对光电倍增管进行供电，将18V的电压转换为1000V的高压对光电倍增管进行供电，如图3中所示。此外，为了防止高压将电阻击穿，优选地，将10个电阻（如图3中所示的R2～R11）串联对其进行分压。

整形单元20用于将电信号整形成脉冲信号。在本发明的一个示例性实施例中，整形单元20可包括运算放大器21和与运算放大器电连接的比较器22。电信号经过运算放大器21和比较器22整形成脉冲信号，如图4中所示。作为示例，采用Analog Devices公司生产的AD811型的高速运算放大器和Linear Technology公司生产的LT1016型高速比较器对光电倍增管输出的电信号进行整形，以得到脉冲信号。在本发明的示例性实施例中，为了验证该整形单元对电信号的整形情况，用PSPICE软件进行仿真测试。将频率为100KHz、幅度为30mV的模拟信号输入到整形单元20，经整形单元20进行整形，得到的脉冲信号。如图5所示，模拟信号经整形单元整形后，可以输出较好的脉冲信号，也就是说，运算放大器和比较器可以将模拟信号整形成脉冲信号，继而可以将电信号整形成脉冲信号。

脉冲计数器33用于对脉冲信号进行脉冲计数。作为示例，可采用16位计脉冲计数器。

在本发明中，光电子从光电倍增管的光阴极发射后到达阳极会有一个时间延迟，这个时间延迟称为渡越时间。由于各个光电子的渡越时间不同，因此还会存在渡越时间离散（TTS）。光电倍增管的时间特性通常用脉冲上升时间和脉冲响应宽度来表示。需要指出的是，脉冲上升时间是指脉冲幅度从10%上升到90%所需的时间。脉冲响应宽度是指脉冲幅度为50%的两点之间的时间间隔。脉冲上升时间影响光电倍增管输出电信号的幅值；脉冲响应宽度决定是否产生脉冲堆积效应。光电倍增管输出的电信号和整形后的脉冲信号如图6所示。

实验测量了3016个脉冲信号的脉冲上升时间。如图7所示，脉冲信号的脉冲上升时间的平均值为30ns，光电倍增管输出的电信号（即，整形前的脉冲信号）的脉冲上升时间为2.2ns。实验表明，光电倍增管满足光子计数单元进行脉冲信号进行计数的要求。

实验测量了光电倍增管输出的电信号的宽度以及整形后的脉冲信号的宽度，如图8和图9所示。从图8中可以看出，电倍增管输出的电信号的统计特性为高斯分布，均值为53.6ns，σ=6.3ns。从图9中可以看出，整形后的脉冲信号的均值为89.3ns，σ=26.5ns。经对比，整形后的脉冲信号的宽度明显比电信号的宽度大，这表明电信号经整形单元进行整形后输出的脉冲信号的宽度有所宽展，满足光子计数单元进行脉冲信号进行计数的要求。

根据本发明的示例性实施例的化学发光检测设备，该化学发光检测设备包括光子计数器。

以下将参照图10来描述根据本发明示例性实施例的包括光子计数器的化学发光检测设备。

参照图10，根据本发明的示例性实施例的化学发光检测装置包括：接收单元100、获取单元200、光子计数器300、显示单元400。

接收单元100用于接收用户选择的待检测目标。作为示例，这里所述的待检测目标可以是肠炎沙门氏菌、猪霍乱沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌中的一种。此外，优选地，可以将待检测目标放置于96孔板（即96孔细胞培养板或96孔细胞培养皿）内。另外，用户可选择96孔板中需要检测的待检测目标位置（例如，可将96孔板划分为X坐标和Y坐标，通过输入X坐标和Y坐标的位置来确定待检测目标位置），通过各种操作来作出选择指示，例如，按键输入、键盘输入、触摸输入等。

获取单元200用于获取待检测目标。在本发明的一个示例性实施例中，获取单元200可包括两个传感器，并且通过控制两个传感器以获取待检测目标。为了更好地说明，两个传感器被区分为第一传感器和第二传感器，第一传感器用于定位96孔板的X坐标，第二传感器用于定位96孔板的Y坐标。当接收单元100接收到X坐标和Y坐标的位置时，通过第一传感器和第二传感器来获取待检测目标。对于本领域技术人员而言，可通过任何合适的驱动器来控制传感器以获取待检测目标。作为优选方式，通过L297步进电机驱动器和L298步进电机驱动器来驱动两个传感器，以获取待检测目标，获取单元200的电路图如图11至图15中所示。

光子计数器300用于将待检测目标所产生的光子整形成脉冲信号，并且对脉冲信号进行脉冲计数。这里需要说明的是光子计数器300的结构和构造已在前述进行了详细地说明，因此，不在此再进行赘述。

显示单元400用于向用户显示所述脉冲计数的数值。另外，显示单元400可利用液晶显示屏来实现时，可将接收单元100与显示单元400均集成在液晶显示器上。通过上述的方式，通过所述脉冲计数的数值，以测量出光子的数量。

因此，根据本发明的光子计数器，能够降低造价成本。

另外，使用包括该光子计数器的化学发光检测设备进行检测可以简化检测过程，从而节约了检测时间。

本发明的以上各个实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，也就是说，任何形式或细节上的变化仍落入本发明的范围之中，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims

1.一种光子计数器，所述光子计数器包括：

光电传感器，用于将接收到的光信号转换为电信号；

整形单元，用于将电信号整形成脉冲信号；

脉冲计数器，对脉冲信号进行脉冲计数。

2.根据权利要求1所述的光子计数器，其特征在于，所述整形单元包括：运算放大器和与运算放大器电连接的比较器，以将电信号整形成脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的光子计数器，其特征在于，所述光电传感器为光电倍增管。

4.根据权利要求3所述的光子计数器，其特征在于，所述光电倍增管包括光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统以及阳极。

5.根据权利要求1、3或4所述的光子计数器，其特征在于，利用反激式变压器对光电传感器进行供电。

6.根据权利要求3或4所述的光子计数器，其特征在于，所述光电倍增管的波长为200～1200纳米。

7.一种化学发光检测设备，包括如权利要求1所述的光子计数器。