CN105136745A - 一种基于米氏散射的微生物快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于米氏散射的微生物快速检测装置，包括激光器、光学聚焦系统、探测器阵列框架、样品池和光电探测器件。激光器发射的激光束经过准直后形成平行光，然后经由光学聚焦系统会聚照射到样品池中的微生物样品上，微生物的被激光照射后，向空间发射出散射光，散射光被环绕在样品池周围的光电探测器件接收，基于米氏散射理论，通过计算机对接收到的光电信号，进行解析计算，可以实时检测到当前微生物的形态。本装置实现了微生物的快速实时检测，采用光学散射的原理，提高了检测速度和精度，实现了采集过程中的信号实时采集、处理和分析，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于米氏散射的微生物快速检测装置

技术领域

本发明涉及生物检测技术领域，特别是一种利用光照射微粒的米氏散射快速检测微生物的检测装置。

背景技术

微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、霉菌、酵母菌等。微生物的检测在食品安全、疾病诊断和控制、生物科学研究等方面有着重要的意义。微生物的快速检测要求在尽可能短的时间内检测出目标微生物，同时灵敏度和特异性高，操作尽可能简单。

传统的微生物检测方法主要有培养膜法、螺旋平板计数法、滤膜法以及新兴的ATP生物荧光法、电阻抗法、颜色变化、流式细胞技术及激光扫描技术。这些方法通常成本比较高，需要预先对微生物进行一定数量的培养并在培养过程中加入特定的培养试剂，同时培养过程需要耗费较多的时间，并且检测结果出现假阳性的可能性较高。因此，需要一种不需要额外引入化学试剂、通用性好且检测快速的微生物检测装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于米氏散射的微生物快速检测装置，使用该装置相比于传统的微生物检测方法可以大大提高检测的速度和精度，且操作简单，通用性强。

本发明的技术方案为：

一种基于米氏散射的微生物快速检测装置，包括激光器、光学聚焦系统、样品池、探测器阵列框架和多个光电探测器，所述光学聚焦系统位于所述激光器与所述样品池之间，激光器发出的激光光束经光学聚焦系统聚焦于样品池中；所述探测器阵列框架是由多根半径相等的半圆形框架臂组成的球状笼结构，所述框架臂为笼条，样品池位于探测器阵列框架中心；每条框架臂上设置有若干探测孔，每个探测孔中安装有一个探测方向向内的所述光电探测器。

优选的，所述框架臂在其所在球面等角度间隔均匀分布，所述探测孔在每条框架臂上等间距均匀分布。

进一步优选的，所述框架臂共4条，构成2个所在平面相互垂直的圆环，其中每个圆环由相对的2条框架臂组成。

更进一步优选的，每条框架臂上分布有7个探测孔，4条框架臂总计有28个探测孔，可安装28个光电探测器。

优选的，所述激光器为功率可调的单波长激光器。

优选的，所述样品池为一透明材质的空心球体，样品池球心与探测器阵列框架的球心重合。

进一步优选的，所述激光器出射光为准直的平行激光束，所述光学聚焦系统的焦点与样品池的球心重合，激光束平行入射光学聚焦系统时聚焦于样品池中待测溶液的中心。

另一进一步优选的，所述样品池的材质为玻璃。

优选的，安装在探测孔中的所有光电探测器的光轴延长线会聚于探测器阵列框架的球心。

优选的，所述光电探测器为光电二极管。

本发明技术方案基于米氏散射理论进行微生物检测。米氏散射理论是研究透明介质中，单色光波照射到任意直径和成分的球形颗粒上时，光波发生散射的特性及解的理论，在环保、能源、天文、气象、医学等领域得到了广泛应用。透明液体中的微生物，经过激光的照射后，会向周围空间发出散射光，且不同角度空间的散射光强度与颗粒直径存在相关性，不同形状的粒子在空间的散射光强度分布有不同的规律，通过收集周围空间的散射光，基于米氏散射理论即可解出微生物的形态结构参数。为实现基于米氏散射的快速微生物检测，需要将一定能量的单色光照射到微生物上，本发明采用了激光器作为照射光源，激光具有单色性好、能量集中、光束质量高的特点；光电二极管具有响应速度快、噪声低的特点，是光电检测装置中的常用器件。同时为了收集空间散射光，需要在微生物周围安放光电探测器，本发明采用了光电二极管，具有响应速度快、噪声低的特点。

本发明技术方案具有以下优点：

1.光电探测器分布在球形笼状的框架上，待检测微生物位于框架中心，使得光电探测器可以充分且均匀的收集空间散射光，保证了检测精度；根据不同的检测目标和要求，框架臂还可以扩展为不同结构，满足不同探测的结构要求；

2.本发明检测装置检测不同的微生物时无需引入额外的检测试剂，一套装置可检测多种目标微生物，检测装置通用性强；

3.光电检测器可以实现快速的光电信号转换，信号输入计算机高速处理，可以得到实时的检测结果，实现实时快速检测。

附图说明

图1为本发明基于米氏散射的微生物快速检测装置结构立体图。

其中：

1：激光器；2：光学聚焦系统；3：探测器阵列框架；31：框架臂；32：探测孔；4：样品池；5：光电探测器。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

结合图1，基于米氏散射的微生物快速检测装置由激光器1、光学聚焦系统2、探测器阵列框架3、样品池4和光电探测器5组成。探测器阵列框架3是由四根相同的半圆弧状框架臂31组成的球状笼结构，球直径为203mm，单根框架臂31的厚度为26mm，每根框架臂31上等间距均匀分布有7个用来安装探测器的探测孔32；激光器1的激光波长为632nm，功率为0mW至100mW可调，内置准直滤波单元，发射的激光为准直平行光；光学聚焦系统2的焦点与探测器阵列框架3的球心重合，光学聚焦系统2的后焦距为260mm，激光器1发射的激光经过光学聚焦系统2会聚于焦点处；样品池4一般为透明材质制作，用以盛放待测溶液，为便于检测分析，尽量采用空间对称的结构，本实施例中样品池4为玻璃制成的空心球状容器，置于探测器阵列框架3中，样品池4的球心与探测器阵列框架3的球心重合，样品池4的球直径为79mm；在框架臂31的探测孔32中安装了共计28个光电探测器5，光电探测器5的光轴延长线均会聚于探测器阵列框架3的球心。

装置的原理如下：由激光器1发射出来的准直后的平行激光束经过光学聚焦系统2会聚后，聚焦在光学聚焦系统2的焦点处，由于光学聚焦系统2的焦点与探测器阵列框架3和样品池4的球心重合，激光光束经过光学聚焦系统2会聚后聚焦在样品池4的球心处，样品池4中的微生物样品由于受到激光的照射，会向周围空间发射出散射光，散射光被各个方位的光电探测器5分别接收，光强转换为电信号，信号传输至计算机；后期通过计算机对得到的光电信号处理分析，得到样品池4中的待检微生物的形态种类信息。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于米氏散射的微生物快速检测装置，包括激光器(1)、光学聚焦系统(2)和样品池(4)，所述光学聚焦系统(2)位于所述激光器(1)与所述样品池(4)之间，激光器(1)发出的激光光束经光学聚焦系统(2)聚焦于样品池(4)中，其特征在于：

还包括探测器阵列框架(3)和多个和光电探测器(5)，所述探测器阵列框架(3)是由多根半径相等的半圆形框架臂(31)组成的球状笼结构，所述框架臂(31)为笼条，样品池(4)位于探测器阵列框架(3)中心；每条框架臂(31)上设置有若干探测孔(32)，每个探测孔(32)中安装有一个探测方向向内的所述光电探测器(5)。

2.根据权利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述框架臂(31)在其所在球面等角度间隔均匀分布，所述探测孔(32)在每条框架臂(31)上等间距均匀分布。

3.根据权利要求2所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述框架臂(31)共4条，构成2个所在平面相互垂直的圆环，其中每个圆环由相对的2条框架臂(31)组成。

4.根据权利要求3所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：每条框架臂(31)上分布有7个探测孔(32)。

5.根据权利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述激光器(1)为功率可调的单波长激光器。

6.根据权利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述样品池(4)为一透明材质的空心球体，样品池(4)球心与探测器阵列框架(3)的球心重合。

7.根据权利要求6所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述激光器(1)出射光为准直的平行激光束，所述光学聚焦系统(2)的焦点与样品池(4)的球心重合。

8.根据权利要求6所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述样品池(4)的材质为玻璃。

9.根据权利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：安装在探测孔(32)中的所有光电探测器(5)的光轴延长线会聚于探测器阵列框架(3)的球心。

10.根据权利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速检测装置，其特征在于：所述光电探测器(5)为光电二极管。