CN112665946A - 便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，并独特设计了反射式光谱检测系统，结合振荡器和离心机等设备，可以实现对贝肉样品的快速前处理和神经性贝类毒素浓度的现场快速检测。该一体化仪器由控制电路模块、系统模块、电源模块、显示模块、水路模块和检测模块组成，其中控制电路模块包括单片机和外围电路模块；水路模块包括微型蠕动泵和特氟龙管；检测模块包括微型光谱仪、LED光源、光纤、检测架和载玻片样品池。本发明将神经性贝类毒素样品前处理与反射式光谱检测系统创新性地结合在一起，设计出了一体化仪器，具有便携性和自动化的特点，为神经性贝类毒素现场识别与检测提供了极大的便捷。

Description

便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器

技术领域

本发明涉及生物样品前处理技术与生物毒素检测技术领域，尤其是涉及一种便携式用于神经性贝类毒素样品的前处理及毒素检测仪器。

背景技术

海洋中当有毒藻类如短裸藻引发赤潮时，贝类会摄食有毒藻类从而在体内积累毒素，如果人们未经毒素检测就食用了有毒的贝类，会产生中毒等症状，严重时还会引发生命危险。神经性贝类毒素就是其中的一种毒素，中毒后会使人产生神经麻痹的特征，因此贝类毒素检测在饮食行业中至关重要。通常的贝类毒素检测方法复杂，专业性强，并且需要对样品进行前处理，将毒素富集萃取以进行后续检测，而前处理过程都由手工完成，需要专业人员进行操作，费时费力且效率较低，而且只能在实验室环境中进行，无法满足现场快速检测需求。因此本仪器通过便携式设计可携带至海洋水产品检测现场，对贝类样品进行高效前处理，并配合基于适配体的光谱检测方法，对神经性贝类毒素进行快速现场检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，包括：机箱前板、机箱后板、机箱上盖、机箱底座、机箱左侧板、机箱右侧板，所述机箱前板上固定有触摸显示屏、触摸显示屏的屏幕控制按钮安装在机箱上盖上；

所述机箱左侧板上具有光纤接口、称重模块通讯接口、振荡器电源插口和离心机电源插口；

所述机箱右侧板具有过滤入口、两个过滤出口、进样入口、进样出口、萃取液进液口、萃取液出液口、纯水进液口、纯水出液口，均通过直角弯通接头和特氟龙管连接进而实现对液体的引流。

所述机箱底板上固定有泵组，水路—电路隔绝板、电路控制板和系统板；所述水路—电路隔绝板安装在泵组和电路控制板和系统板之间，实现水电隔离；所述系统板中集成win10系统和Arduino单片机，系统板连接触摸显示屏和电路控制板。所述泵组包括两个过滤微型蠕动泵、进样微型蠕动泵、萃取液配比微型蠕动泵、纯水配比微型蠕动泵；所述电路控制板与开关电源、称重模块通讯接口、振荡器电源插口和离心机电源插口通过电路连接；所述过滤入口通过一分二直角弯通接头与两个过滤微型蠕动泵的入口连接，两个过滤出口分别与两个过滤微型蠕动泵的出口相连；所述进样入口连接进样微型蠕动泵入口，进样出口对应连接进样微型蠕动泵出口；萃取液进液口连接萃取液配比微型蠕动泵入口，萃取液出液口对应连接萃取液配比微型蠕动泵出口；纯水进液口连接纯水配比微型蠕动泵入口，纯水出液口对应连接纯水配比微型蠕动泵出口，萃取液出液口和纯水出液口以及进样入口同时接到振荡器中，所述振荡器通过振荡器电源插口与电路控制板相连，振荡器中振荡萃取后的样品液通过与进样微型蠕动泵出口连接的进样出口进入离心机中的离心管中，所述离心机通过离心机电源插口与电路控制板相连；离心管中离心后的样品液进入过滤入口，经一分二直角弯通接头分成两路，两路贝类样品液分别从两个过滤出口排出，经过特制过滤盖进行过滤，所述过滤盖由过滤盖底座和过滤盖上盖组成，将0.45微米针孔过滤器放置于过滤盖底座空腔内，并盖上过滤盖上盖以固定，过滤盖底座可通过螺纹与10毫升螺口试管进行固定连接，从而配合使用，两路过滤后的待检测液分别排出到两个试管中。

所述一体化仪器还包括检测电路板、微型光谱仪、LED光源和一分二光纤，所述微型光谱仪和LED光源固定在检测电路板上，所述检测电路板与系统板连接；所述一分二光纤一端的两根光纤分别与微型光谱仪和LED光源连接，另一端的一根光纤穿过光纤接口固定在外置的检测架的光纤接头上，检测架上放置有载玻片样品池。所述载玻片样品池具有两个凹槽，第一个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂，第二个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂以及试管中的待检测液，所述第一个凹槽和第二个凹槽底部安装有反射镜，检测过程中，第一个凹槽或第二个凹槽中心先后与检测架上的光纤接头中心对齐；微型光谱仪将光学信号转换为电信号，并通过检测电路板的处理后传输至系统板中，系统板中的单片机将两次信号数据相减，即可得到含有神经性贝类毒素待检测液在不同波长处的吸光度值，与标准值比对即可得到溶液中的毒素浓度，将两个试管中的待检测液分别检测，取毒素浓度平均值作为待检测液最终毒素浓度，从而完成毒素检测。

进一步地，所述机箱上盖安装有提手，并具有若干散热孔。

进一步地，所述机箱左侧板上固定有第一把手以及一体化仪器开关电源插口和一体化仪器开关电源开关。

进一步地，所述机箱底板上还固定有开关电源和系统板固定板，系统板固定在系统板固定板上，所述开关电源为整个一体化仪器供电，与一体化仪器开关电源插口连接，并由一体化仪器开关电源开关控制。电路控制板由铜柱固定在开关电源上方。

进一步地，所述机箱右侧板上固定有第二把手、USB通讯接口和网线接口；所述第二把手和第一把手相对，所述USB通讯接口和网线接口和系统板连接。

进一步地，所述机箱前板上还安装有显示屏电路固定板，触摸显示屏的电路由显示屏电路固定板固定。

本发明的有益效果是，设计并实现了一种神经性贝类毒素的样品便携式前处理及检测一体化仪器，可代替传统的人工手动操作处理，通过简单操作自动化地对贝类样品进行前处理，极大程度地提高了前处理效率。同时将神经性毒素富集萃取进行检测，使用基于适配体的光谱检测方法，通过毒素溶液吸光度的变化来量化毒素浓度。此外本发明还创新性地将前处理与检测仪器相结合，设计出了一体化仪器，具有极大的简便性。本发明便携式的特点可使仪器适用于海产品现场检测中，广泛应用于神经性贝类毒素检测领域。

附图说明

图1是本发明仪器前视内部装置图；

图2是本发明仪器后视内部装置图；

图3是本发明接口端外部结构示意图；

图4是本发明电源端外部结构示意图；

图5是本发明过滤盖的结构示意图；

图中，机箱左侧板1、第一把手2、机箱后板3、机箱上盖4、提手5、第二把手6、机箱右侧板7、机箱前板8、触摸显示屏9、显示屏电路固定板10、水路—电路隔绝板11、机箱底座12、系统板固定板13、系统板14、检测电路板15、微型光谱仪16、LED光源17、一分二光纤18、开关电源19、电路控制板20、检测架21、载玻片样品池22、过滤微型蠕动泵23、进样微型蠕动泵24、萃取液配比微型蠕动泵25、纯水配比微型蠕动泵26、屏幕控制按钮27、USB通讯接口28、网线接口29、过滤入口30、过滤出口31、进样出口32、进样入口33、萃取液出液口34、萃取液进液口35、纯水出液口36、纯水进液口37、光纤接口38、称重模块通讯接口39、振荡器电源插口40、离心机电源插口41、一体化仪器开关电源插口42、一体化仪器开关电源开关43、过滤盖底座44、过滤盖上盖45、过滤盖46。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但并不是限制本发明。

如图1所示，本发明提供的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，包括：机箱前板8、机箱后板3、机箱上盖4、机箱底座12、机箱左侧板1、机箱右侧板7，均通过螺丝进行连接固定；所述机箱前板8内侧固定有14个螺孔，用以安装固定十寸触摸显示屏9，触摸显示屏9的屏幕控制按钮27安装在机箱上盖4上，用以控制屏幕的开关和亮度，触摸显示屏9的电路通过螺丝固定在显示屏电路固定板10上，显示屏电路固定板10上有两个音响孔和一个矩圆形过线孔，屏幕电源线穿过过线孔与开关电源19连接；所述机箱上盖4安装有提手5，并具有若干散热孔。

如图2所示，所述机箱底板12上通过螺丝固定有泵组，水路—电路隔绝板11、电路控制板20、系统板14、开关电源19和系统板固定板13；系统板14通过螺丝固定在系统板固定板13上，所述开关电源19为整个一体化仪器供电，为过滤微型蠕动泵23、进样微型蠕动泵24、萃取液配比微型蠕动泵25、纯水配比微型蠕动泵26和系统板14提供12V和5V电压，并由一体化仪器开关电源开关43控制，一体化仪器开关电源开关43的火线、零线和地线通过开关电源插口42与交流电源连接；电路控制板20由铜柱固定在开关电源19上方；所述水路—电路隔绝板11安装在泵组和电路控制板20和系统板14之间，实现水电隔离；所述系统板14中集成win10系统和Arduino单片机，系统板14连接触摸显示屏9和电路控制板20。所述泵组包括两个过滤微型蠕动泵23、进样微型蠕动泵24、萃取液配比微型蠕动泵25、纯水配比微型蠕动泵26；所述电路控制板20与开关电源19、称重模块通讯接口39、振荡器电源插口40和离心机电源插口41通过电路连接；所述过滤入口30通过一分二直角弯通接头与两个过滤微型蠕动泵23的入口连接，两个过滤出口31分别与两个过滤微型蠕动泵23的出口相连；所述进样入口33连接进样微型蠕动泵24入口，进样出口32对应连接进样微型蠕动泵24出口；萃取液进液口35连接萃取液配比微型蠕动泵25入口，萃取液出液口34对应连接萃取液配比微型蠕动泵25出口；纯水进液口37连接纯水配比微型蠕动泵26入口，纯水出液口36对应连接纯水配比微型蠕动泵26出口，萃取液出液口34和纯水出液口36以及进样入口33同时接到振荡器中，所述振荡器通过振荡器电源插口40与电路控制板20相连，振荡器中振荡萃取后的样品液通过与进样微型蠕动泵24出口连接的进样出口32进入离心机中的离心管中，所述离心机通过离心机电源插口41与电路控制板20相连；离心管中离心后的样品液进入过滤入口30，经一分二直角弯通接头分成两路，两路贝类样品液分别从两个过滤出口(31)排出，如图5所示，经过特制过滤盖46进行过滤，所述过滤盖46由过滤盖底座44和过滤盖上盖45组成，将0.45微米针孔过滤器放置于过滤盖底座44空腔内，并盖上过滤盖上盖45以固定，过滤盖底座44可通过螺纹与10毫升螺口试管进行固定连接，从而配合使用，两路过滤后的待检测液分别排出到两个试管中。

如图3所示，所述机箱右侧板7具有过滤入口30、两个过滤出口31、进样入口33、进样出口32、萃取液进液口35、萃取液出液口34、纯水进液口37、纯水出液口36、第二把手6、USB通讯接口28和网线接口29；所述过滤入口30、过滤出口31、进样入口33、进样出口32、萃取液进液口35、萃取液出液口34、纯水进液口37、纯水出液口36均通过直角弯通接头和特氟龙管连接进而实现对液体的引流，所述第二把手6和第一把手2相对，所述三个USB通讯接口28和一个网线接口29通过USB数据延长线和网线延长线与系统板14的USB接口和网线接口相连。

如图4所示，所述机箱左侧板1上具有光纤接口38、称重模块通讯接口39、振荡器电源插口40、离心机电源插口41、第一把手2、一体化仪器开关电源插口42和一体化仪器开关电源开关43。振荡器电源插口40和离心机电源插口41分别为振荡器和离心机供电。

所述一体化仪器还包括检测电路板15、微型光谱仪16、LED光源17和一分二光纤18，所述微型光谱仪16和LED光源17固定在检测电路板15上，所述检测电路板15与系统板14连接，检测电路板15通过铜柱固定在系统板14上；所述一分二光纤18一端的两根光纤分别与微型光谱仪16和LED光源17连接，另一端的一根光纤穿过光纤接口38固定在外置的检测架21的光纤接头上，所述检测架由上下两层构成，上层固定有光纤接头，下层放置有载玻片样品池22，所述载玻片样品池22中有两个4mm深的圆形凹槽，第一个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂，第二个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂以及试管中的待检测液，所述第一个凹槽和第二个凹槽底部安装有反射镜，检测过程中，第一个凹槽或第二个凹槽中心与检测架21上的光纤接头中心对齐；微型光谱仪16将光学信号转换为电信号，并通过检测电路板15的处理后传输至系统板14中，系统板14中的单片机将两次信号数据相减，即可得到含有神经性贝类毒素待检测液在不同波长处的吸光度值，与标准值比对即可得到溶液中的毒素浓度，将两个试管中的待检测液分别检测，取毒素浓度平均值作为待检测液最终毒素浓度，从而完成毒素检测。

本发明的工作流程如下：

将样品中的贝肉与贝壳剥离，备好贝肉样品，并准备足量纯水和甲醇溶液。将交流电源与仪器开关电源19连接，将振荡器和离心机分别通过振荡器电源插口40和离心机电源插口41与仪器连接，将外置电子秤通过称重模块通讯接口39与仪器连接，开启一体化仪器开关电源开关43，系统板14自动开机，通过屏幕控制按钮27开启触摸显示屏9，打开上位机控制软件，确保和电路控制板20中的下位机通讯成功。使用外置电子秤称量贝肉重量，输入至上位机中，自动计算出所需萃取液的用量，萃取液为甲醇，甲醇与水以4：1的比例混合，点击上位机中配比的控制键，电路控制板20驱动萃取液配比微型蠕动泵25和纯水配比微型蠕动泵26工作，通过工作时间控制甲醇与纯水的流量，以实现萃取液的配比。萃取液配比完成之后，将贝肉样品与配比后的萃取液同时混合放入振荡器中，由上位机设置振荡器工作时间并通电工作，将贝肉绞碎并与萃取液震荡混合均匀。萃取完成后上位机控制进样微型蠕动泵24将混合物灌注入离心管内，并将离心管放置于离心机内，由上位机设置工作时间并通电工作进行离心。离心之后将离心管盖更换为过滤盖46，并使引流特氟龙管位于上清液内，由上位机控制过滤微型蠕动泵组23工作，将上清液从过滤入口30吸入并通过一分二直角弯通接头分成两路，分别与过滤微型蠕动泵组23的两个入口相连，相应的两个出口与两个过滤出口31连接，将过滤后的液体注入2个试管内得到待检测液。使用清水将仪器各回路灌注清洗，完成样品前处理。

将前处理得到的贝类毒素待检测液收集并静置。通过上位机向检测电路板15发送指令，使微型光谱仪16与LED光源17通电并工作，此时向载玻片样品池中22的第一个凹槽内加入含有特异性适配体的检测试剂，并使其中心与检测架上层固定的光纤接头中心对齐，LED光源17发射的光通过一分二光纤18传输至光纤接头，照射至加有检测试剂的凹槽，并经过底部反射镜反射之后被光纤接头接收，再次通过一分二光纤18传回至微型光谱仪16，微型光谱仪16将光学信号转换为电信号，并通过检测电路板15的处理后传输至系统板14中，系统板14中的单片机记录测量得到的数据，再向载玻片样品池22中的第二个凹槽内同时加入含有特异性适配体的检测试剂和前处理得到的待检测液，经过一定时间的反应之后，使凹槽中心与检测架上层固定的光纤接头中心对齐，原理如前所述，系统板14中的单片机再次记录到测量得到的数据，将两次信号数据相减，即可得到含有神经性贝类毒素待检测液在不同波长处的吸光度值，与标准值比对即可得到溶液中的毒素浓度，将两个试管中的待检测液分别检测，取毒素浓度平均值作为待检测液最终毒素浓度，从而完成毒素检测。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，包括：机箱前板(8)、机箱后板(3)、机箱上盖(4)、机箱底座(12)、机箱左侧板(1)、机箱右侧板(7)，其特征在于，所述机箱前板(8)上固定有触摸显示屏(9)、触摸显示屏(9)的屏幕控制按钮(27)安装在机箱上盖(4)上；

所述机箱左侧板(1)上具有光纤接口(38)、称重模块通讯接口(39)、振荡器电源插口(40)和离心机电源插口(41)；

所述机箱右侧板(7)具有过滤入口(30)、两个过滤出口(31)、进样入口(33)、进样出口(32)、萃取液进液口(35)、萃取液出液口(34)、纯水进液口(37)、纯水出液口(36)，均通过直角弯通接头和特氟龙管连接进而实现对液体的引流。

所述机箱底板(12)上固定有泵组、水路—电路隔绝板(11)、电路控制板(20)和系统板(14)；所述水路—电路隔绝板(11)安装在泵组和电路控制板(20)及系统板(14)之间，实现水电隔离；所述系统板(14)中集成win10系统和单片机，系统板(14)连接触摸显示屏(9)和电路控制板(20)。所述泵组包括两个过滤微型蠕动泵(23)、进样微型蠕动泵(24)、萃取液配比微型蠕动泵(25)、纯水配比微型蠕动泵(26)；所述电路控制板(20)与开关电源(19)、称重模块通讯接口(39)、振荡器电源插口(40)和离心机电源插口(41)通过电路连接；所述过滤入口(30)通过一分二直角弯通接头与两个过滤微型蠕动泵(23)的入口连接，两个过滤出口(31)分别与两个过滤微型蠕动泵(23)的出口相连；所述进样入口(33)连接进样微型蠕动泵(24)入口，进样出口(32)对应连接进样微型蠕动泵(24)出口；萃取液进液口(35)连接萃取液配比微型蠕动泵(25)入口，萃取液出液口(34)对应连接萃取液配比微型蠕动泵(25)出口；纯水进液口(37)连接纯水配比微型蠕动泵(26)入口，纯水出液口(36)对应连接纯水配比微型蠕动泵(26)出口，萃取液出液口(34)和纯水出液口(36)以及进样入口(33)同时接到振荡器中，所述振荡器通过振荡器电源插口(40)与电路控制板(20)相连，振荡器中振荡萃取后的样品液通过与进样微型蠕动泵(24)出口连接的进样出口(32)进入离心机中的离心管中，所述离心机通过离心机电源插口(41)与电路控制板(20)相连；离心管中离心后的样品液进入过滤入口(30)，经一分二直角弯通接头分成两路，两路贝类样品液分别从两个过滤出口(31)排出，经过过滤盖(46)进行过滤，所述过滤盖(46)由过滤盖底座(44)和过滤盖上盖(45)组成，将针孔过滤器放置于过滤盖底座(44)空腔内，并盖上过滤盖上盖(45)以固定，过滤盖底座(44)与试管连接，配合使用，两路过滤后的待检测液分别排出到两个试管中。

所述一体化仪器还包括检测电路板(15)、微型光谱仪(16)、LED光源(17)和一分二光纤(18)，所述微型光谱仪(16)和LED光源(17)固定在检测电路板(15)上，所述检测电路板(15)与系统板(14)连接；所述一分二光纤(18)一端的两根光纤分别与微型光谱仪(16)和LED光源(17)连接，另一端的一根光纤穿过光纤接口(38)固定在外置的检测架(21)的光纤接头上，检测架(21)上放置有载玻片样品池(22)。所述载玻片样品池(22)具有两个凹槽，第一个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂，第二个凹槽中盛放有含有特异性适配体的检测试剂以及试管中的待检测液，所述第一个凹槽和第二个凹槽底部均安装有反射镜，检测过程中，第一个凹槽或第二个凹槽中心先后与检测架(21)上的光纤接头中心对齐；微型光谱仪(16)将光学信号转换为电信号，并通过检测电路板(15)的处理后传输至系统板(14)中，系统板(14)中的单片机将两次信号数据相减，即可得到含有神经性贝类毒素待检测液在不同波长处的吸光度值，与标准值比对即可得到溶液中的毒素浓度，将两个试管中的待检测液分别检测，取毒素浓度平均值作为待检测液最终毒素浓度，从而完成毒素检测。

2.根据权利要求1所述的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，其特征在于：所述机箱上盖(4)安装有提手(5)，并具有若干散热孔。

3.根据权利要求1所述的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，其特征在于：所述机箱左侧板(1)上固定有第一把手(2)以及一体化仪器开关电源插口(42)和一体化仪器开关电源开关(43)。

4.根据权利要求1所述的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，其特征在于：所述机箱底板(12)上还固定有开关电源(19)和系统板固定板(13)，系统板(14)固定在系统板固定板(13)上，所述开关电源(19)为整个一体化仪器供电，与一体化仪器开关电源插口(42)连接，并由一体化仪器开关电源开关(43)控制。电路控制板(20)固定在开关电源(19)上方。

5.根据权利要求1所述的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，其特征在于：所述机箱右侧板(7)上固定有第二把手(6)、USB通讯接口(28)和网线接口(29)；所述第二把手(6)和第一把手(2)相对，所述USB通讯接口(28)和网线接口(29)和系统板(14)连接。

6.根据权利要求1所述的一种便携式神经性贝类样品前处理及毒素检测一体化仪器，其特征在于：所述机箱前板(8)上还安装有显示屏电路固定板(10)，触摸显示屏(9)的电路由显示屏电路固定板(10)固定。

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