CN106066320A - 基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，包括外壳体、第一凸透镜、多波长激光激发装置、光纤体、荧光光谱仪及数据处理及分析系统；第一凸透镜置于外壳体内并将外壳体分隔成海水室及光采集室，海水室的内壁上除第一凸透镜所在位置外设有窗口玻璃，多波长激光激发装置设于窗口玻璃与外壳体之间，外壳体设有与海水室连通的进水口及出水口；光采集室上设有一个光采集口，第一凸透镜、光采集口及光纤体的中心处于一条直线上，光纤体用于接收光采集口出来的荧光信号；数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪采集到的传输自光纤体的荧光信号进行处理及分析。本发明能在海洋现场对海水中的细菌丰度和多样性进行原位检测，有效提高检测效率，且检测方便、快捷。

Description

基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统
技术领域
本发明涉及海洋细菌检测系统技术领域，更具体地，涉及一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统。
背景技术
由于绝大部分海洋细菌的不可培养性和对实验室高温、低压的不适应性，原位测量对于更为全面地了解海洋细菌丰度和多样性具有相当重要的意义。荧光检测技术由于其具有较高的灵敏度在细菌研究中一直处于相当重要的位置。目前常用的荧光检测技术在细菌中的应用主要有荧光显微技术、流式细胞荧光计数法、ATP荧光快速检测法以及荧光蛋白标记等等。由于这些技术存在需要对样品进行采集和制片，进样要求严格，需要制作荧光标记物等缺陷，很难应用在海洋现场对细菌进行检测。近年来随着激光诱导荧光技术的发展，由于其具有灵敏度高、特效检出、快速、便捷、连续测量、不需要培养等优势，因此激光诱导荧光技术可以作为海洋细菌丰度和多样性原位检测的一种重要方法。
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。但目前在技术上还存在很多问题，需要进行改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，该系统能在海洋现场对海水中的细菌丰度和多样性进行原位检测，有效提高检测效率，且检测方便、快捷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，包括外壳体、第一凸透镜、多波长激光激发装置、光纤体、荧光光谱仪及数据处理及分析系统；所述第一凸透镜置于外壳体内并将外壳体分隔成海水室及光采集室，所述海水室的内壁上除第一凸透镜所在位置外设有窗口玻璃，多波长激光激发装置设于窗口玻璃与外壳体之间，所述外壳体设有与海水室连通的进水口及出水口；所述光采集室上设有一个光采集口，所述第一凸透镜、光采集口及光纤体的中心处于一条直线上，所述光纤体用于接收光采集口出来的荧光信号；数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪采集到的传输自光纤体的荧光信号进行处理及分析。
上述方案中，海水通过进水口进入海水室内，多波长激光激发装置对海水室内的海水进行激发，使细菌等生物颗粒产生的荧光信号通过第一凸透镜的聚焦后进入光纤体并由光纤体传输至荧光光谱仪，数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪采集到的荧光信号进行处理及分析，即能在海洋现场对海水中的细菌丰度和多样性进行原位检测，有效提高检测效率，且检测方便、快捷。
优选地，所述海水细菌检测系统还包括设于所述光采集口内的第二凸透镜，所述第一凸透镜、第二凸透镜及光纤体的中心处于一条直线上，所述光纤体用于接收第二凸透镜聚焦后的荧光信号。通过第二凸透镜的二次聚焦，有助于进一步提高光纤体接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度。
优选地，为了使荧光信号避免外源性光污染的影响，将外壳体设置为不透光结构。
优选地，海水室还设有与第一凸透镜正对的反光镜，所述反光镜设于外壳体与窗口玻璃之间。反光镜的设置能将多波长激光激发装置激发产生的反方向的荧光信号进行变向，以使所有荧光信号尽可能地进入第一凸透镜，进一步提高光纤体接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度；将反光镜设于外壳体与窗口玻璃之间，能够防止海水对反光镜的腐蚀，以免影响进入第一凸透镜的荧光信号量。
优选地，为了得到最佳的荧光信号聚焦效果，以最大程度提高光纤体接收到的荧光信号量，将第一凸透镜设置为平凸透镜，第二凸透镜设置为双凸透镜。
优选地，所述海水细菌检测系统还包括泵，所述泵的一端连接海水，泵的另一端与进水口或出水口连接。泵的设置便于海水室内海水的流动，使该细菌检测系统能够实时检测细菌的丰度和多样性。
优选地，所述外壳体在光采集口处向外延伸出一个空腔，所述光纤体设于空腔内。空腔的设置便于保护光纤体，防止光纤体被轻易损坏，进而影响荧光光谱仪接收到的荧光信号，最终影响检测结果的精度。
优选地，所述多波长激光激发装置为四台，且两台激发紫外光，一台激发蓝光，一台激发绿光。多台多波长激光激发装置的设置便于发出不同波长的激光。
优选地，一台紫外光激发装置激发的激光的波长分别为213nm -280nm中的某值；另一台紫外光激发装置激发的激光的波长为351nm-375nm中的某值；一台蓝光激发装置激发的激光的波长为440 nm -445nm中的某值；一台绿光激发装置激发的激光的波长为530nm -535nm中的某值。
优选地，所述外壳体的外壁两端设有固定架，外壳体的下表面设有底座。固定架及底座的设置便于固定该外壳体，使用时，将固定架通过固定螺钉固定于外壳体的外壁两端，将底座通过固定螺钉固定于外壳体的下表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，海水通过进水口进入海水室内，多波长激光激发装置对海水室内的海水进行激发，使细菌等生物颗粒产生的荧光信号通过第一凸透镜的聚焦后进入光纤体并由光纤体传输至荧光光谱仪，数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪采集到的荧光信号进行处理及分析，即能在海洋现场对海水中的细菌丰度和多样性进行原位检测，有效提高检测效率，且检测方便、快捷；通过在光采集口内设置第二凸透镜，使荧光信号二次聚焦，有助于进一步提高光纤体接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度；通过将外壳体设置为不透光结构，使荧光信号避免外源性光污染的影响；通过设置反光镜，使多波长激光激发装置激发产生的反方向的荧光信号进行变向，以使所有荧光信号尽可能地进入第一凸透镜，进一步提高光纤体接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度；通过将反光镜设于外壳体与窗口玻璃之间，能够防止海水对反光镜的腐蚀，以免影响进入第一凸透镜的荧光信号量；通过将第一凸透镜设置为平凸透镜，第二凸透镜设置为双凸透镜，使荧光信号得到最佳的聚焦效果，以最大程度提高光纤体接收到的荧光信号量。
附图说明
图1为本实施例一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统的示意图如图1所示，包括外壳体1、第一凸透镜2、多波长激光激发装置3、光纤体4、荧光光谱仪5及数据处理及分析系统；所述第一凸透镜2置于外壳体1内并将外壳体1分隔成海水室11及光采集室12，所述海水室11的内壁上除第一凸透镜2所在位置外设有窗口玻璃13，多波长激光激发装置3设于窗口玻璃13与外壳体1之间，所述外壳体1设有与海水室11连通的进水口14及出水口15；所述光采集室12上设有一个光采集口16，所述第一凸透镜2、光采集口16及光纤体4的中心处于一条直线上，所述光纤体4用于接收光采集口16出来的荧光信号；数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪5采集到的传输自光纤体4的荧光信号进行处理及分析。
其中，所述海水细菌检测系统还包括泵，所述泵的一端连接海水，泵的另一端与进水口14或出水口15连接。本实施例中，泵的进水端连接海水，泵的出水端连接进水口14。泵的设置便于海水室11内海水的流动，使该细菌检测系统能够实时检测细菌的丰度和多样性。
使用该细菌检测系统时，泵将海水通过进水口14泵入海水室11内，多波长激光激发装置3对海水室11内的海水进行激发，使细菌等生物颗粒产生的荧光信号通过第一凸透镜2的聚焦后进入光纤体4并由光纤体4传输至荧光光谱仪5，数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪5采集到的荧光信号进行处理及分析，即能在海洋现场对海水中的细菌丰度和多样性进行原位检测，有效提高检测效率，且检测方便、快捷。
本实施例中，数据处理及分析系统包括PC104等硬件系统和在硬件系统上编写的软件系统；软件系统对荧光光谱仪5采集的光谱信号进行调用、特征波长光谱提取和处理，获得特征波长的强度和多样性，并进一步分析和输出海洋细菌的丰度和多样性。
其中，所述海水细菌检测系统还包括设于所述光采集口16内的第二凸透镜6，所述第一凸透镜2、第二凸透镜6及光纤体4的中心处于一条直线上，所述光纤体4用于接收第二凸透镜6聚焦后的荧光信号。通过第二凸透镜6的二次聚焦，有助于进一步提高光纤体4接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度。
另外，为了使荧光信号避免外源性光污染的影响，将外壳体1设置为不透光结构。
其中，海水室11还设有与第一凸透镜2正对的反光镜17，所述反光镜17设于外壳体1与窗口玻璃13之间。反光镜17的设置能将多波长激光激发装置3激发产生的反方向的荧光信号进行变向，以使所有荧光信号尽可能地进入第一凸透镜2，进一步提高光纤体4接收到的荧光信号量，进而提高检测结果的精度；将反光镜17设于外壳体1与窗口玻璃13之间，能够防止海水对反光镜17的腐蚀，以免影响进入第一凸透镜2的荧光信号量。
另外，为了得到最佳的荧光信号聚焦效果，以最大程度提高光纤体4接收到的荧光信号量，将第一凸透镜2设置为平凸透镜，第二凸透镜6设置为双凸透镜。
其中，所述外壳体1在光采集口16处向外延伸出一个空腔18，所述光纤体4设于空腔18内。空腔18的设置便于保护光纤体4，防止光纤体4被轻易损坏，进而影响荧光光谱仪5接收到的荧光信号，最终影响检测结果的精度。
另外，所述多波长激光激发装置3为四台，且两台激发紫外光，一台激发蓝光，一台激发绿光。多台多波长激光激发装置3的设置便于发出不同波长的激光。
其中，一台紫外光激发装置3激发的激光的波长为213nm -280nm中的某值 ，本实施例中为266nm；另一台紫外光激发装置3激发的激光的波长为351nm-375nm中的某值，本实施例中为375nm；一台蓝光激发装置3激发的激光的波长为440 nm -445nm中的某值，本实施例中为442nm；一台绿光激发装置3激发的激光的波长为530 nm -535nm中的某值，本实施例中为532nm。所述波长为375nm、442nm及532nm的激光为光纤体耦合配以激光准直，所述波长为266nm的激光为脉冲激光。发射波长为375nm、442nm及532nm的激光的激发装置3包括依次连接的激发光源、光纤及准直，光纤用于对激发光源发出的光进行传输，但经过光纤后的激光不再平行，因此需要对通过光纤后的激光进行准直，经过准直后的激光通过窗口玻璃13对海水室11内的海水进行激发。
另外，所述外壳体1的外壁两端设有固定架，外壳体1的下表面设有底座。固定架及底座的设置便于固定该外壳体1，使用时，将固定架通过固定螺钉固定于外壳体1的外壁两端，将底座通过固定螺钉固定于外壳体1的下表面。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，包括外壳体（1）、第一凸透镜（2）、多波长激光激发装置（3）、光纤体（4）、荧光光谱仪（5）及数据处理及分析系统；所述第一凸透镜（2）置于外壳体（1）内并将外壳体（1）分隔成海水室（11）及光采集室（12），所述海水室（11）的内壁上除第一凸透镜（2）所在位置外设有窗口玻璃（13），多波长激光激发装置（3）设于窗口玻璃（13）与外壳体（1）之间，所述外壳体（1）设有与海水室（11）连通的进水口（14）及出水口（15）；所述光采集室（12）上设有一个光采集口（16），所述第一凸透镜（2）、光采集口（16）及光纤体（4）的中心处于一条直线上，所述光纤体（4）用于接收光采集口（16）出来的荧光信号；数据处理及分析系统用于对荧光光谱仪（5）采集到的传输自光纤体（4）的荧光信号进行处理及分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述海水细菌检测系统还包括设于所述光采集口（16）内的第二凸透镜（6），所述第一凸透镜（2）、第二凸透镜（6）及光纤体（4）的中心处于一条直线上，所述光纤体（4）用于接收第二凸透镜（6）聚焦后的荧光信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述外壳体（1）为不透光结构。
4.根据权利要求3所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，海水室（11）还设有与第一凸透镜（2）正对的反光镜（17），所述反光镜（17）设于外壳体（1）与窗口玻璃（13）之间。
5.根据权利要求2所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述第一凸透镜（2）为平凸透镜，第二凸透镜（6）为双凸透镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述海水细菌检测系统还包括泵，所述泵的一端连接海水，泵的另一端与进水口（14）或出水口（15）连接。
7.根据权利要求2所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述外壳体（1）在光采集口（16）处向外延伸出一个空腔（18），所述光纤体（4）设于空腔（18）内。
8.根据权利要求1所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述多波长激光激发装置（3）为四台，且两台激发紫外光，一台激发蓝光，一台激发绿光。
9.根据权利要求8所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，一台紫外光激发装置（3）激发的激光的波长为213nm -280nm中的某值 ；另一台紫外光激发装置（3）激发的激光的波长为351nm-375nm中的某值；一台蓝光激发装置（3）激发的激光的波长为440 nm -445nm中的某值；一台绿光激发装置（3）激发的激光的波长为530 nm -535nm中的某值。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种基于多波长激光诱导细菌内在荧光的海水细菌检测系统，其特征在于，所述外壳体（1）的外壁两端设有固定架，外壳体（1）的下表面设有底座。
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