CN201567331U - 生物发光微生物数量快速检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生物发光微生物数量快速检测仪，包括有相互连接的人机模块和电源模块，被测样品与发光试剂发生反应的反应测量室，将反应测量室内混合物发出的冷光光源转换为电信号的光电倍增管，用于将光电倍增管产生的电信号放大的宽带前置放大器，用于将电信号进行筛选的信号甄别模块，该信号甄别模块电连接到用于将电信号转换为数字信号输出的中央处理模块，该中央处理模块连接到所述人机模块；在所述光电倍增管、宽带前置放大器、信号甄别模块、中央处理模块的外侧还套设有光电磁屏蔽筒。本实用新型可以在生产过程或销售途径中对生产用水、饮用水、饮料、食品等及环境卫生、消毒效果的现场检测，为生产企业和监督机构带来很大方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及到检测仪技术领域，尤其是一种生物发光微生物数量快速检测仪。
背景技术
当前，食品安全已成为全球关注的焦点问题，微生物污染是食品安全的最主要威胁之一，而微生物数量是食品安全检测的重要项目。目前，微生物数量检测仍采用培养计数法，从开始培养到肉眼可见的菌落需要1～3天，操作繁琐，且局限于实验室，对操作人员的技术水平要求较高，容易出现人为的误差；而且目前存在于自然环境中的微生物，能够进行人工培养的只是3～5％，而且没有单独一种培养基或一套物理、化学条件能够满足样品中所有微生物的生理要求；同时，培养基的制备、平板培养、菌落计数等工作量大、费时、费力，提供的是历史性信息，不能满足企业生产质量控制、卫生监督检测需要快速获得微生物信息的要求。
ATP生物发光技术是20世纪60年代由NASA(美国航空航天局)的科学家们(Chappelle和Levin等)提出，可以检测ATP及与反应相关物质的浓度，具有简单快速灵敏的优点。其原理是荧光素酶(Luciferase)以D-荧光素(Luciferin)、三磷酸腺苷(ATP)和O2为底物，在Mg2+存在时，能将化学能转化为光能。
ATP既是荧光素酶催化生物发光的必需底物，又是所有生物生命活动的能量来源。在荧光素酶催化的发光反应中，ATP在一定的浓度范围内，其浓度与发光强度呈线性关系。D’Eustachio和Levin的研究表明，各生长时期的细菌均有较恒定水平的ATP含量，因此，提取微生物细胞ATP，利用生物发光法测出ATP的含量后，即可推算出样品中的含菌量，整个过程仅为十几分钟。由于生物发光法无需培养过程，操作简便、灵敏度高，数分钟内可得到结果，已被不少国家广泛应用到食品工业的卫生质量控制和环境监测。最显著的应用是生产开始前生产线和环境的卫生状况检测，该法可在2分钟内得到设备表面清洁状况的检测结果，具有其它微生物检测方法无法比拟的优势。
发达国家在微生物安全领域占有巨大的技术优势，以德国Merck公司及Berthold公司、日本TOA公司等为代表的ATP生物发光检测仪，可以检测到pg级、fg级甚至更低数量级的ATP含量，转化为微生物细菌数的含量可检测到样品中百个到万个细胞，检测所需时间仅为几十分钟或数小时。但他们的生物发光检测仪及其配套的试剂盒价格昂贵，简单的仪器一般为5～10万元/台，稍好的一套价格达到10～40万元/台，试剂盒的价格为30～50元/次，相对于我国的国情，检测成本太高。
在国内，目前在北京、上海、深圳等地已有生产简易的生物化学发光检测仪，与国外同类型机相比，这些仪器普遍存在体型大、笨重、不够稳定等不足，且没有配备良好的软件系统，检测结果不能直接反映样品微生物污染水平，基本上没有应用于食品工业的卫生质量控制和环境监测；北京生产的微弱发光测量仪是借助生物细胞自身的发光现象，研究其活性特征等，不适合用于微生物量的测定。目前，国内仅有数家疾病防治与卫生监督机构拥有ATP生物发光检测仪，且利用率不高。ATP生物发光技术在国内未得到较好的应用。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有的检测仪器检测时间慢、检测成本高的技术问题，提供一种成本低、检测速度快的生物发光微生物数量快速检测仪。
为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：一种生物发光微生物数量快速检测仪，包括有相互连接的人机模块和电源模块，还包括有被测样品与发光试剂发生反应的反应测量室，与反应测量室连接、并能将反应测量室内混合物发出的冷光光源转换为电信号的光电倍增管，该光电倍增管另一端连接到用于将光电倍增管产生的电信号放大的宽带前置放大器，该宽带前置放大器另一端连接有用于将电信号进行筛选的信号甄别模块，该信号甄别模块电连接到用于将电信号转换为数字信号输出的中央处理模块，该中央处理模块连接到所述人机模块；在所述光电倍增管、宽带前置放大器、信号甄别模块、中央处理模块的外侧还套设有光电磁屏蔽筒。
本实用新型的工作过程如下：当被测样品与发光试剂在反应管中混合后，样品中的ATP就会和发光试剂中的荧光素在酶的催化下反应，同时发出微弱的冷光，发光量与ATP浓度成正比，将反应管放入反应测量室中，生物发光具有发光微弱、发光短暂、不太稳定等因素，光信号经过光通道被紧靠反应测量室的光电倍增管接收，光电倍增管担负了光电转换的功能，它能将弱光转换成微弱的快速脉冲，这个脉冲传送给宽带前置放大器放大，放大后的信号同时含有有效信号和噪声成分，信号甄别模块根据信号的特征可以去掉干扰信号，留下有用信号，有用信号直接进入中央处理模块，中央处理模块将接收的电信号处理成数码信号，通过人机交互模块输出数据，也可以通过软件给使用者提示该被测样品的微生物数量是否超标。电源模块用于给各部件提供工作电源。由于光电倍增管对光的感应度很高，为避免外界光线或其他物质干扰光电倍增管的工作，通过设置光电磁屏蔽筒能有消除外界对光电倍增管的影响。
所述反应测量室包括样品盒滑块及与光电倍增管连通的滑道式样品盒，所述样品盒滑块设置在滑道式样品盒内，在样品盒滑块的外侧设有滑块盖，在样品盒滑块的侧面与滑道式样品盒内侧的接触面上设有滑道轨，在滑道轨上设有滑道盖；在所述样品盒滑块的纵向位置处开有放置反应管的样品槽，在样品盒滑块的侧面上朝向光电倍增管的位置处设有与样品槽相通的测光孔。
所述人机模块包括显示屏，键盘，打印机，人机集成电路，所述显示屏和键盘嵌于检测仪顶部，人机集成电路设置于显示屏下方，该键盘通过排线与中央处理模块连接，所述打印机通过排线与所述电源模块连接。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：本实用新型检测仪解决了目前ATP生物发光仪所存在的进口价格贵、国内尚未有能用于现场检测的同类替代品等问题，具有灵敏度高、稳定性好、检测速度快、操作简便、体积小、方便携带、可用于各类样品的ATP浓度及微生物量的快速测定的特点，价格大大低于国外同类产品，结合国产检测试剂使用，其单次测试费用远远低于用国外的同类试剂，更有利于该快速测试技术的普及；可以在生产过程或销售途径中对生产用水、饮用水、饮料、食品等及环境卫生、消毒效果的现场检测，为生产企业和监督机构带来很大方便。
附图说明
图1为本实用新型系统框图；
图2为本实用新型检测仪内部结构示意图；
图3为本实用新型检测仪外部结构示意图(一)；
图4为本实用新型检测仪外部结构示意图(二)；
附图标记说明：1-反应测量室，11-滑道式样品盒，12-样品槽，13-滑道盖，14-滑道轨，15-滑块盖，16-测光孔，17-样品盒滑块，2-光电倍增管，3-光电磁屏蔽筒，31-后盖，4-宽带前置放大器，5-信号甄别模块，6-中央处理模块，7-人机模块，71-显示屏，72-键盘，73-打印机，74-人机集成电路，8-电源模块，81-电源开关，82-输入电源，83-输出电路，10-排线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种生物发光微生物数量快速检测仪，该检测仪的外壳采用ABS材料，可根据需要设计成不同的便携式外壳，该外壳具有防尘防水功能，在外壳内包括有相互电连接的人机模块7和电源模块8，反应测量室1，被测样品与发光试剂在反应测量室1内发生化学反应，与反应测量室1连接、并能将反应测量室1内混合物发出的冷光光源转换为电信号的光电倍增管2，该光电倍增管2另一端连接到用于将光电倍增管2产生的电信号放大的宽带前置放大器4，该宽带前置放大器4另一端连接有用于将电信号进行筛选的信号甄别模块5，该信号甄别模块5电连接到用于将电信号转换为数字信号输出的中央处理模块6，该中央处理模块6连接到人机模块7；在光电倍增管2、宽带前置放大器4、信号甄别模块5、中央处理模块6的外侧还套设有光电磁屏蔽筒3；
上述各模块的具体应用为：电源模块8采用经典的电源电路，提供两组标准电源：+5V，+12V，光电倍增管2所需的高电压由高压模块提供，最大输出电压为：1800V，最大输出电流为：2mA。输入电源、电源开关跟电源模块主体分开；
光电倍增管2采用特定波段的光电倍增管，无需制冷，常温下即可使用；
宽带前置放大器4采用宽带高频放大器，其增益达到100倍时，频响特性为50MHz左右；
信号甄别模块5采用上下甄别电路对有效脉冲进行甄别，选择适合的电平，有效地滤除了噪声，恢复时间短；
中央处理模块6采用mega32单片机对收集到的数据进行处理和系统控制；
人机模块7使用非编码式4键软键盘，输出设备使用由液晶控制芯片ST7902驱动的128×64点阵式的LCD，功能显示四行，每行8个汉字，人机模块7具体包括显示屏71，键盘72，打印机73，人机集成电路74，显示屏71和键盘72嵌于检测仪顶部，人机集成电路74设置于显示屏下方，该键盘72通过排线10与中央处理模块6连接，打印机73通过排线与电源模块8连接；打印机73采用微型针式打印机，能同步或选择打印。
电源模块8包括电源开关81，输入电源82，由RS232进行串行输出输出电路83。
上述光电倍增管2、宽带前置放大器4、信号甄别模块5、中央处理模块6依次整合在光电磁屏蔽筒3内部，光电磁屏蔽筒3远离反应测量室1一端端部上设有后盖31，上述五部分形成一个整体，设置于检测仪机壳内部前方，具有占用空间小、抗干扰作用。
反应测量室1包括有与光电磁屏蔽筒3垂直接合滑道式样品盒11(其整体规格为110×80.5×45mm)，样品盒滑块17，样品盒滑块17设置在滑道式样品盒11内，在样品盒滑块17的外侧设有滑块盖15，在样品盒滑块17的侧面与滑道式样品盒11内侧的接触面上设有滑道轨14，在滑道轨14上设有滑道盖13；在样品盒滑块17的纵向位置处开有放置反应管的样品槽12(其直径为14.4mm，高4.8mm)，在样品盒滑块17的侧面上朝向光电倍增管2的位置处设有与样品槽12相通的用于透光的测光孔16，测光孔16与光电倍增管2的阴极对正，样品盒滑块17滑动时由遮挡板封闭透光孔，只有当样品盒滑块17完全归位才能打开遮挡板。
请参阅图3所示，检测仪外部机壳构造为长方体，从侧面前方进样。性能测试如下：
试剂：生物发光微生物数量抗干扰快速检测试剂盒(批号：041208，内含标准ATP试剂、ATP监测剂、ATP监测剂稀释液、测试缓冲液、细胞ATP释放剂、去ATP水)
ATP监测剂：F&L041208用ATP监测剂稀释液溶解稀释为4mL/瓶
标准ATP：10-10～10-14mol/mL
测试结果：
表1校正结果
| 校正项目 | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| 无样品暗计数 | 65(58～76) |
| 本底校正(去ATP水) | 158(144～165) |
| 酶活校正(ATP10-11mol/mL) | 1017(1010～1033) |
表2线性测定
| ATPmol/mL | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| CK | 157 |
| 2×10-13 | 203 |
| 5×10-13 | 206 |
| ATPmol/mL | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| 1×10-12 | 271 |
| 2×10-12 | 339 |
| 5×10-12 | 667 |
| 1×10-11 | 1018 |
| 2×10-11 | 2319 |
| 5×10-11 | 5264 |
| 1×10-10 | 9805 |
| 回归方程 | lg[ATP]＝1.0673 lg[CP6S]-14.2201，r＝0.9922，n＝9 |
可信检测灵敏度达到5×10-13mol/mL标准ATP浓度，在ATP浓度为2×10-13mol/mL～1×10-10mol/mL范围内线性达到r＝0.9922。仪器稳定性好，漂移幅度小，但响应值较低。
请参阅图4所示，在图3样机的基础上制作一台改进型样机，机壳构造为台形，侧面有一定弧度，从正面左方进样。改进了信号甄别模块和宽带前置放大器，加大了光电倍增管工作电压。性能测试如下：
试剂：生物发光微生物数量抗干扰快速检测试剂盒(批号：050404，内含标准ATP试剂、ATP监测剂、ATP监测剂稀释液、测试缓冲液、细胞ATP释放剂、去ATP水)；
ATP监测剂：F&L050404用ATP监测剂稀释液溶解稀释为6mL/瓶；
标准ATP：10-10～10-14mol/mL；
测试结果：
表3校正结果
| 校正项目 | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| 无样品暗计数 | 74 |
| 本底校正(去ATP水) | 403 |
| 校正项目 | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| 酶活校正(ATP10-11mol/mL) | 3512 |
表4线性测定
| ATPmol/mL | 发光脉冲计数值CP6S平均数(5次测试) |
| 空白对照 | 396 |
| 5×10-13 | 572 |
| 1×10-12 | 744 |
| 5×10-12 | 1952 |
| 1×10-11 | 3473 |
| 5×10-11 | 15400 |
| 1×10-10 | 30199 |
| 5×10-10 | 149484 |
| 1×10-9 | 288019 |
| 回归方程 | lg[ATP]＝1.0252 lg[CP6S]-11.5911，r＝0.99994，n＝8 |
表5低ATP浓度测试
可信检测灵敏度达到5×10-13mol/mL标准ATP浓度，在ATP浓度为5×10-13mol/mL～1×10-9mol/mL范围内线性达到r＝0.99994，在该ATP浓度范围的测试结果是可信的。仪器稳定性好，漂移幅度小，响应值高。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (4)
1.一种生物发光微生物数量快速检测仪，包括有相互连接的人机模块(7)和电源模块(8)，其特征在于：还包括有被测样品与发光试剂发生反应的反应测量室(1)，与反应测量室(1)连接、并能将反应测量室(1)内混合物发出的冷光光源转换为电信号的光电倍增管(2)，该光电倍增管(2)另一端连接到用于将光电倍增管(2)产生的电信号放大的宽带前置放大器(4)，该宽带前置放大器(4)另一端连接有用于将电信号进行筛选的信号甄别模块(5)，该信号甄别模块(5)电连接到用于将电信号转换为数字信号输出的中央处理模块(6)，该中央处理模块(6)连接到所述人机模块(7)；在所述光电倍增管(2)、宽带前置放大器(4)、信号甄别模块(5)、中央处理模块(6)的外侧还套设有光电磁屏蔽筒(3)。
2.如权利要求1所述的生物发光微生物数量快速检测仪，其特征在于：所述反应测量室(1)包括样品盒滑块(17)及与光电倍增管(2)连通的滑道式样品盒(11)，所述样品盒滑块(17)设置在滑道式样品盒(11)内，在样品盒滑块(17)的外侧设有滑块盖(15)，在样品盒滑块(17)的侧面与滑道式样品盒(11)内侧的接触面上设有滑道轨(14)，在滑道轨(14)上设有滑道盖(13)；在所述样品盒滑块(17)的纵向位置处开有放置反应管的样品槽(12)，在样品盒滑块(17)的侧面上朝向光电倍增管(2)的位置处设有与样品槽(12)相通的测光孔(16)。
3.如权利要求1所述的生物发光微生物数量快速检测仪，其特征在于：所述光电磁屏蔽筒(3)远离反应测量室(1)一端端部上设有后盖(31)。
4.如权利要求1所述的生物发光微生物数量快速检测仪，其特征在于：所述人机模块(7)包括显示屏(71)，键盘(72)，打印机(73)，人机集成电路(74)，所述显示屏(71)和键盘(72)嵌于检测仪顶部，人机集成电路(74)设置于显示屏下方，该键盘(72)通过排线(10)与中央处理模块(6)连接，所述打印机(73)通过排线与所述电源模块(8)连接。
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