CN107247040A - 食源性致病菌荧光检测装置和工作方法 - Google Patents

食源性致病菌荧光检测装置和工作方法 Download PDF

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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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Abstract

本发明公开了一种食源性致病菌荧光检测装置和工作方法，该技术基于荧光效应的原理，在待检测的核酸样品中加入特异性引物、聚合酶、荧光染料。再用LED光源照射检测样品，如果样品呈阳性，则产生波长更长的光，透过滤波片，视频传感器检测光量，即可表征样品核酸的增殖状况；如果样品阴性，则不可产生波长更长的激发光，透不过滤波片，视频传感器不能检测到光量。该技术为食源性致病菌的荧光检测技术。本发明包括：荧光检测技术的检测原理、LED光源的驱动电路设计、LED光源的恒温电路设计以及视频传感器采样电路的设计。本发明体现了经济性，实用性、检测准确高效。

Description

食源性致病菌荧光检测装置和工作方法
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种食源性致病菌荧光检测装置和工作方法。
背景技术
近年来，由于食源性致病微生物中毒事件频发、动植物病原体变异或跨境传播以及转基因成分的安全性等，引发的生物安全问题越来越突出。生物安全领域的检测技术和检测装备成为研究的热点之一。譬如2013年发生新西兰“肉毒杆菌”奶粉事件和德国“毒黄瓜”和“掺假马肉成分”等事件，以致国内外食品安全形势的不断恶化。在这个背景下，任何一项有利于致病微生物及其基因成分的快速检测技术均有巨大的应用价值和市场前景。然而，传统微生物检测方法通常需要专业的微生物工作者对检测结果进行判定，并且为了增菌，需通过48～72小时的时间进行增菌孵育。而快速检测方法因其具有快速、高效、灵敏度高、特异性高、可以定量分析并且对检测员的专业性要求偏低等优点，得到了迅速发展。本世纪开始，各种快速检测设备层出不穷，此类快速检测设备具有操作简便，易于上手、对使用者专业要求较低的共性，因此可大量用于基层检测单位的微生物检测。快速检测方法主要有浊度检测方法和荧光检测方法。
本发明旨在提出一种基于荧光检测的食源性致病菌检测技术，利用荧光效应的基本原理，完成病菌核酸增殖状况的检测。荧光检测技术检测范围相较于浊度检测技术来说，病菌检测范围更广，检测灵敏度更高。浊度检测技术是基于病菌增殖后对光的透射性的改变来进行检测。该技术需要增殖大量的食源性致病菌来改变浊度，而且基于浊度检测法的装置适用范围较差。因此，为了增强应用范围，本文提出了基于荧光检测法的核酸检测方法。荧光检测法通过一定波长的光去照射标记有荧光素的病菌，可激发出波长更长，能量更小的荧光。通过图像传感器获取荧光计量，即可分析被检测病菌。因此，荧光检测法的适用范围广、灵敏度高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出一种食源性致病菌荧光检测装置和工作方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了LED发射光源模块的设计，其关键在于，包括：恒温控制模块以及LED驱动电路模块。
所述恒温控制模块为LED光源提供恒定的温度环境，进而保证LED光源功率的稳定。该模块利用制冷片将环境温度控制到LED工作的最佳温度25℃。LED驱动电路的设计，利用稳压芯片将输入电压稳定，并采用电容进行电流滤波，以减少电流的纹波，进而保证LED光源的功率稳定。
上述方案的有益效果为：通过上述电路能够保证LED光源功率的稳定。
为了实现本发明的上述目的，本发明还提供了视频传感器模块的设计，其关键在于，包括：视频传感器、视频传感器采样电路的设计。
视频传感器将接收到的光信号，通过一定的转换方法转为电流信号，电流通过采样电阻，变为电压信号，控制器可采集电压信号。由于实际采样环境的恶劣，干扰较为严重，本发明增加了滤波电路来减少采样噪音。
上述方案的有益效果为：通过上述采样电路能够保证采样的准确性。
本发明还公开一种食源性致病菌荧光检测技术的原理结构，其关键在于，包括：LED发射模块、检测样品、滤波片、视频传感器。
LED发射光源发射出功率稳定的入射光，透过检测样品，再经过滤波片滤去同入射光波长相同的光，最后到达视频传感器。如果检测样品呈阳性，则会发生荧光效应，荧光效应产生比入射光波长更长的激发光，可通过滤波片到达视频传感器，视频传感器可通过检测接收的光量来表征病菌的增殖情况；如果检测样品呈阴性，则不会发生荧光效应，入射光的波长不变，被滤波片滤去入射光，因此视频传感器不会检测到光量。
上述技术方案的有益效果为：通过视频传感器是否检测到光量，可判定检测样品的性质，并可绘制检测样品核酸的增殖情况曲线。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明食源性致病菌荧光检测技术原理图；
图2是本发明恒温模块工作原理图；
图3是本发明恒温模块主电路图；
图4是本发明LED光源驱动电路图；
图5是本发明视频传感器采样电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。
基于荧光检测技术的食源性致病菌检测方法以食源性致病菌为检测对象，利用荧光效应的原理。该检测技术的工作原理如图1所示。
图中：LED光源发出一定波长的入射光，经过检测试样，如检测试样呈阳性，则发生荧光效应，产生出波长更长的激发光，该激发光可通过滤波片达到视频传感器；视频传感器通过检测光量的多少来表征样品核酸的增殖情况。
如图2所示，本发明提供了一种恒温控制方法，其关键在于，包括：控制器、隔离驱动电路、温度传感器、制冷片、制冷域。
温度传感器检测到实时的温度数据T，传给微控制器，微控制器将采集到的温度数据与预设温度值T0进行比较，得到温度误差e，经过一定的控制算法(如PID控制算法、模糊自整定PID控制算法、滑模控制算法等)，控制器给出控制信号u，控制信号驱动加制冷片制冷或者停止制冷。通过不断地检测实时温度，不断的调整控制信号，使得温度差尽量的趋于零，进而达到控制精度较高的恒温效果。
上述方案的有益效果为：通过负反馈的控制方式，可以将温度控制到需要的值，以达到恒定LED光源的功率目的。
如图3所示，本发明提供了一种恒温控制模块的主电路设计，其关键在于，包括：MOSFET、电源、控制器、制冷片。
恒温系统的主电路设计，制冷片的一端与MOSFET的源极相连，制冷片的另一端与+5V电源的负极相连，MOSFET的漏极与电源的正极相连，MOSFET的门极连接驱动电路，温度传感器DS18B20实时采样加热器的温度值并反馈给控制器，控制器通过反馈值调节MOSFET开断。当MOSFET开通时，制冷片工作，给LED发射光源制冷；当MOSFET关断时，制冷片停止工作，通过开断MOSFET，达到控制温度的目的。
上述方案的有益效果为：通过MOSFET，达到控制温度的目的。
如图4所示，本发明提供了一种LED发射光源的驱动电路，其关键在于，包括：滤波电容、稳压电源、LED光源。
本发明采用直流稳压芯片给LED提供恒压电源；并在驱动电路中采用滤波电容C1和C2，以减小LED光源的电流纹波，增加电路的抗干扰能力。
上述方案的有益效果为：通过驱动电路的设计，恒定LED光源的输入电流，以达到恒定LED光源的功率目的。
如图5所示，本发明提供了一种视频传感器采样电路，其关键在于，包括：电源、滤波电容、滤波电阻、采样电阻。
滤波电阻R1和滤波电容C1构成RC滤波电路，视频传感器的供电电源是直流供电电源可采用3.3V得直流电源，RL为负载电阻，可通过控制器的AD采样端口采样负载电阻RL两端的电压，即可获得视频传感器的光量信息。
上述方案的有益效果为：通过视频传感器采样电路，可消除干扰，采集到光量信号。
本发明还公开一种食源性致病菌荧光检测工作方法，包括：
步骤1，在待检测的样品中加入荧光染料、聚合酶以及特异性引物，使得阳性样品的病菌核酸快速增值并析出荧光基团。
步骤2，打开LED光源，使得LED的发射光透光检测样品。
步骤3，透过检测样品的入射光，穿过滤波片滤掉LED入射光，并抵达视频传感器。当检测样品呈阳性时，视频传感器接收到光量，当检测样品呈阴性时，视频传感器不能接受到光量。通过检测视屏传感器光量的多少，可表征核酸的增殖情况。

Claims (4)

1.一种食源性致病菌荧光检测装置，其特征在于，包括：LED光源模块、滤波片、视频传感器模块，
所述LED光源模块包括LED的驱动电路，和LED的恒温控制电路，LED光源的输入端通过一定的滤波电路连接到直流电源处，该直流电源的电压经过稳压芯片，保证LED光源的电流稳定；在LED光源的下方安装恒温制冷电路，用来保证LED光源的稳定恒定；从LED光源发射出的光透过检测样品，如果样品呈阳性，会发生荧光效应，使得光的波长发生变化，经过滤波片滤去原始波长的光，再通过视频传感器检测光的有无，则可以判断检测样品的性质。
2.根据权利要求1所述的食源性致病菌荧光检测装置，所述LED光源模块包括：保证输入电流稳定的驱动电路、保证温度恒定的恒温电路；
为了保证检测的准确性，需要保证LED光源的功率稳定；LED是半导体器件中比较敏感的，一方面，它有负温度特性，温度的变化对其影响很大；另一方面，电流的波动也会造成LED光源功率的较大波动；因此，驱动电路利用稳压芯片稳定输入电压，使得输入电流趋于稳定，并在驱动电路中加入滤波电容C1、C2，可进一步减少电流的纹波，起到滤波的作用；利用制冷片设计出恒温电路，保证LED工作在最佳的恒温环境中。
3.根据权利要求1所述的食源性致病菌荧光检测装置，其特征在于，所述视频传感器模块包括：视频传感器采样电路
视频传感器将接收到的光信号通过转换技术转换为电信号，再将电信号通过AD采样转换为数字化的数据；为了提高系统的检测精度，在采样电路部分需要做一定的硬件滤波处理，以剔除噪音数据。
4.一种食源性致病菌荧光检测工作方法，其特征在于，包括：
步骤1，在待检测的样品中加入荧光染料、聚合酶以及特异性引物，使得阳性样品的病菌核酸快速增值并析出荧光基团；
步骤2，打开LED光源，使得LED的发射光透光检测样品；
步骤3，透过检测样品的入射光，穿过滤波片滤掉LED入射光，并抵达视频传感器；当检测样品呈阳性时，视频传感器接收到光量，当检测样品呈阴性时，视频传感器不能接受到光量；通过检测视屏传感器光量的多少，可表征核酸的增殖情况。
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