CN202083634U - 一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，由标本检测部分、数据处理系统组成，具体而言，标本检测部分包括：光源发生及控制模块、滤光片、扩束镜、全反射镜、载物台、采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器、全反射镜；数据处理系统包括：传感器模块、信号智能分析装置、时钟芯片、无线传输模块、显示屏、数据库；光源控制模块包括准直镜、分束镜、光电二极管、控制电路。本实用新型基于光电技术原理、免疫测定法的速度和无线通信技术原理，提供了一种灵敏度高且快速准确的病毒和致病菌检测装置及数据处理系统，用户容易掌握使用，且检测装置易于实现多通路和自动化，应用领域和前景广泛。

Description

一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，特别是涉及一种可针对食品、医学、工业和环境领域中的病毒和致病菌进行快速且灵敏鉴定、计数并将检测装置采集到的信号通过信号输出端进行数据输出、分析处理，通过无线通信模块进一步实现数据的远程传输及至数据处理系统中服务端的数据库、数据分析处理软件进行存储、进一步进行分析处理、记录的系统。 

背景技术

当前，随着人民生活水平的提高，人们对自身健康愈来愈重视，然而伴随着工业化进程的加快所引起的环境污染的加剧和生存环境的恶化，导致感染的致病菌的种类逐渐增多，人类仍遭受着致病菌、病毒等相关疾患的危害，这给人们的生活乃至生命健康造成巨大危害。 

快速、准确检测、计算和鉴定大体积中的少量或痕量病毒及特定致病菌是食品、医学、工业和环境诊断的基础。 

传统培养法持续了一个世纪之多，此种微生物培养是一个非常成功的方法，在一个多世纪的时间里，该方法在医学微生物学和工业微生物学中的质量控制试验占据主导地位。传统的培养法从培养到肉眼可见的菌落需要24小时至数天时间(具体视致病菌种类而定)，例如引起肺结核的细菌，通常需要在培养物中持续生长几周。传统培养法的缺点是：手工操作且操作繁琐，检测对操作人员的专业技术水平要求较高，且存在人为的误差。另外，常规菌落计数的工作量大、费力、费时。随后虽然通过染色，例如革兰氏染色、金胺-若丹明抗酸法鉴定结核分枝杆菌，可以进一步方便鉴定致病菌，但染色法又会对环境造成污染，且很难确切计算标本中的致病菌或病毒数量。在食物生产加工中，较长的检测时间可能增加食物变质的可能。 

因此，传统的方法已很难满足日益要求提高的致病菌和病毒检测。近半个世纪以来，人们一直在寻求快速且灵敏检测病毒和致病菌的方法。随着科技的发展，一些研究人员致力于开发一些新的技术或方法。 

再例如，1995年，Contag首次在小动物体内检测到带有lux操纵子的病原菌发出的可见光。他是通过CCD相机捕捉到这个被感染动物的生物发光现象的。在1997年，他又首次观察到表达荧光素酶的转基因小鼠在注入荧光素酶底物后的生物发光现象(Contag PR等，Nature Medicine，1998.4：245-247)，随后随着CCD和CMOS技术的发展，其在生物医学领域得到了广泛运用，比如检测蛋白、核酸、酶、活体动物内基因表达等等。顾等回顾了CCD传感器成像的特点，指出CCD成像具有更高的灵敏度及更多的选择面(顾聚兴等，《红外》，2000年第9期：25-28)。 

无线传输技术自诞生之日起就与人们的生活密不可分，从最初的无线电信号传输到一般家电的遥控器再到我们现在应用的Wi-Fi、蓝牙传输等等，无线技术在多个市场例如医疗、民用、安防等得到了应用。无线传输具有下述优点：传输距离远、操作简单、便于管理等。 

以医疗系统为例，无线传输在医疗器械领域更是得到了广泛应用(公开号为101744606A的发明专利：人体基本生理数据远程监测系统及方法；艾信友等，《医疗装备》，2009年第22卷第05期)。采用无线网络+医疗终端模式的无线医疗可以克服以前医疗服务困难。现在越来越多的医疗终端被应用在人们的生活之中，医疗人员能够利用这些终端完成以病人为中心的各种医疗项目，如无线指示病人用药，对家居病人的健康状况进行远程监控等。无线医疗就像一位随身医生，让健康监测与诊断无处不在。 

目前发展起来的其他检测技术，包括免疫学方法例如酶联免疫吸附法(ELISA)、以DNA或RNA探针为基础的基因芯片检测法、萤火虫荧光素酶法(检测ATP)、分子生物学为基础的检测方法如Smart Cycler仪器可检测少 量HIV病毒粒子的核酸(每毫升50个粒子)、流式细胞术例如已商业化的流式细胞仪虽能对样品中的细胞进行单个检测，但不能进行大面积成像检测、生物化学与物理法如生物传感器、电化学原理等检测方法虽然比常规的传统培养方法大大缩短了检测时间，提高了检测效率，然而这些技术仍存在不同程度的不足，比如：操作流程复杂、低通量、应用范围窄、特异性不高、需要设计复杂引物、仪器试剂价格昂贵，难于检测大体积中的少量量或痕量病毒和致病菌、有些还需要在专门的实验室才能进行检测等局限性，从而限制了这些技术在食品、医学、工业和环境等领域中的应用，尤其限制了迫切需要现场监测的生产现场和野外环境中的应用。 

实用新型内容

基于以上不足，本实用新型的目的是提供一种操作方便、快速而且灵敏、特异性的检测病毒和致病菌装置及数据处理系统，有效实现对食品、医学、工业和环境等领域中的病毒和致病菌快速检测、计数、鉴定及对采集处理后的数据通过无线通信模块进行实时无线传输，并进一步通过所述系统实现数据的存储、分析、记录。本实用新型基于可靠的特异性标记技术、光电检测原理、无线通信技术原理并结合了上述技术的优点。待测标本放入本实用新型所产生的高强度发射信号采用高灵敏度的传感器采集，将信号进行光电转换并经信号智能分析芯片分析、处理，其中传感器包括CCD传感器、CMOS传感器、或其他能将光子信号传递转换成电信号的装置或仪器。 

进一步，经信号智能分析芯片处理后数据传输到外接显示屏或通过无线通信模块进行数据的远程实时传输，并进一步通过后续所述系统进行数据储存、分析、记录。本实用新型实现了现有诊断技术的最佳特征，同时解决了诊断系统中的缺陷，用户容易掌握使用，检测全过程可在一个密闭的壳体内，受干扰程度小，本实用新型基于核酸扩增试验法的高水平灵敏度、免疫测定法的速度和无线传输数据的高保真及不被篡改，是一种有效、快速且灵敏鉴定食品、医学、工业和环境领域中病毒和致病菌的检测装置及数据处理系统，并有益于实现数据的实时跟踪及后续进一步处理，例如存储、分析、记录等，进一步易于实现多路、自动化的检测待测标本。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的，一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置数据处理系统，包括：标本检测部分、数据处理系统，所述标本检测部分包括光源发生及控制模块、光源后端的光路中安装有准直镜、分束镜、滤光片、扩束镜、与光轴倾斜一定角度的全反射镜、载物台、采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器和与光轴倾斜45度的全反射镜；数据处理系统包括信号输出端和数据处理端，所述信号输出端包括传感器模块、信号智能分析芯片、显示屏、无线通信模块和时钟芯片，所述数据处理端包括数据库，所述传感器模块的输出端和信号智能分析芯片输入端相连，时钟芯片的输出端与信号智能分析芯片的输入端相连，信号智能分析芯片的输出端与显示屏或通过USB接口与计算机的输入端连接，所述无线通信模块的输入端与信号智能分析芯片的输出端相连，所述无线通信模块输出端输出数据至数据处理端的数据库。 

其中，所述时钟芯片上包含时钟调整按钮； 

其中，所述无线通信模块选择已商业化的短距离或长距离无线传输数据模块； 

进一步，所述的光源发生及控制模块包括激光发生器及其控制电路，其中，光源发生模块与壳体内的平台固接；其中，所述光源控制模块包括准直镜、分束镜、光电二极管、控制电路，其中，光电二极管的输出端与控制电路的输入端连接； 

进一步，所述扩束镜前端放置有滤光片、分束镜前端放置有准直镜、经全反镜的激发光束射向载物台(7)处放置的标本，激发标本中病毒或致病菌所结合的特异性标记，从而产生高强度发射信号(发射光)，随后发射信号顺序经采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器处理后进入信号输出端中的信号智能分析装置，由其中的传感器模块采 集到信号进行光电转换，再经信号智能分析芯片分析处理，进一步在显示屏或计算机处显示图像。 

所述的病毒和致病菌快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其还包括USB接口、无线通信模块接口，其中USB接口同上位显示屏或计算机接口的输入端连接，方便使用者把检测到的数据同步显示，或把数据存储记录、分析；无线通信模块接口，便于将检测结果实时传输至远程控制中心的数据处理端； 

所述的病毒和致病菌快速、灵敏检测传输装置及数据处理系统，其所述的光源发生模块包含一种或几种激光二极管的组合，优选的，激光发生模块选择为He-Ne激光器； 

进一步，所述病毒和致病菌快速、灵敏检测装置及数据处理系统还包括壳体、底座、电源、光源发生模块与内部壳体的固接，光源控制电路与壳体的连接以及不同功能透镜与壳体的连接。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：光源发生和控制模块、准直镜、分束镜、滤光片、扩束镜、与光轴倾斜一定角度的全反射镜、载物台、透镜组、发射光滤波器和与光轴倾斜45度的全反射镜、传感器模块、信号智能分析芯片、无线通信模块及接口、显示屏、数据库，其特征在于：所述扩束镜前端放置有滤光片、分束镜前端放置有准直镜、经扩束镜的目标激光光束经全反射镜射向载物台(7)处放置的标本，待测标本中的特异性标记产生高强度发射信号(发射光)，随后，发射光经透镜组、发射光滤波器到达信号输出端，成像于传感器、并进一步由信号智能分析装置进行分析处理并记录检测标本的时间； 

其中，所述透镜组由采集透镜和聚焦透镜组成，进一步，所述信号智能分析装置包括传感器模块和信号智能分析芯片。 

进一步，所述滤光片(4)放置在分束镜(3)和扩束镜(5)之间； 

进一步，所述的传感器模块包括CMOS或CCD传感器、或其他能将光子信号传递转换成电信号的装置或仪器； 

进一步，所述的CMOS或CCD传感器或其他传感器和信号智能分析芯片组合装配在一个壳体内； 

进一步，所述的显示屏与信号智能分析芯片的输出端通过USB接口相连输出至显示屏内； 

本实用新型基于可靠的特异性标记低水平或痕量的病毒和致病菌、光电检测原理及无线通信技术等原理快速且灵敏实现对待测标本中的病毒和致病菌鉴定、计数、成像，用激光器照射待检标本结合的特异性标记，从而激发产生高强度的发射信号(发射光)，随后发射信号经采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器后，在照相底板或数字传感器(例如CCD传感器)上成像，经信号智能分析芯片分析、处理、记录检测区域内的信号，进一步在显示屏或计算机处显示图像，进一步，通过无线通信模块实现检测结果的远程实时传输至控制中心的服务端进行进一步存储、分析和数据的反馈。 

本实用新型的有益效果及其应用： 

(1)改变了传统培养法需要很长时间才能肉眼检测到菌落的不足，不仅极大缩短了待测标本的检测时间，加速了检测过程，同时大面积成像检测灵敏度高，减少可能产生的假阳性结果，且感光元件采集图像更客观，可鉴别效果好。 

(2)通过本实用新型装置可在外置显示屏、计算机输出采集到的数据，从而使得图像数据资料更直观，观察更方便，且易于存储、编辑分析。 

(3)通过无线通信模块实现数据的远程实时传输，便于现场监测或检测需要，确保数据的高保真和不被篡改。 

(4)通过数据处理系统中服务端的数据库，利于输出的数据存储、分析处理、记录和及时通知检验部门，进一步，有益于需要进行历史数据查询的领域。 

(5)激光控制电路保证输出激光的稳定性，提高了设备的使用时间。 

(6)操作简单，易于掌握，且应用领域范围广。 

本实用新型检测快速、灵敏度高，使用方便，能够应用于多个领域，易于实现多通路、自动化，特别是能满足在相应场合做出现场检测的需要，并把采集的数据实时远程传输到服务端，避免了数据的丢失和被篡改，从而在环境监测、生产现场监测领域显示出独特的优越性，具有广阔的应用前景。 

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本实用新型检测传输装置及服务系统作进一步的详细描述，其中： 

图1本实用新型检测部分的光信号传递示意图； 

图2本实用新型的数据传输、存储处理系统示意图。 

具体实施方式

1-激光发生模块；2-准直镜；3-分束镜；4-滤光片；5-扩束镜；6-全反射镜；7-载物台；8-采集透镜；9-聚焦透镜；10-发射光滤波器；11-全反射镜；12-光电二极管；13-激光控制电路；14-传感器模块；15-信号智能分析芯片；16-无线通信模块；17-显示屏；18-时钟芯片；19-数据库。 

参见附图。本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，应当理解，本发明的附图和实施例仅用于解释本实用新型，保护范围并不限于下述实施例。熟悉此项技术者应当理解，对本实用新型的技术方案进行的修改或者等同替换、组合及应用于其他用途，惟任何可能的修改均应包含在本发明的精神范围内，也涵盖在本实用新型的权利要求范围中。 

图1为本实用新型检测部分的光信号传递示意图；图2为本实用新型的数据传输、存储处理系统示意图。具体而言，如图1、2所示，一种病毒和致病菌快速、灵敏检测装置及数据处理系统，包括光源发生和控制模块、准直镜(2)、分束镜(3)、滤光片(4)、扩束镜(5)、与光轴倾斜一定角度的全反射镜(6)、载物台(7)、透镜组、发射光滤波器(10)和与光轴倾斜45度的全反射镜(11)、信号智能分析装置、无线通信模块(16)、显示屏(17)、时钟芯片(18)、数据库(19)，其特征在于：所述扩束镜前端放置有滤光片、分束镜前端放置有准直镜、经扩束镜的目标激光光束射向载物台(7)处放置的标本，激发光激发待测标本结合的特异性标记，从而产生高强度的发射信号(发射光)，随后，发射信号依次经透镜组、发射光滤波器到达信号输出端，光信号经信号智能分析装置中的传感器模块进行光电转换再经信号智能分析芯片分析；其中，所述透镜组由采集透镜(8)和聚焦透镜(9)组成，进一步，所透信号智能分析装置包括传感器模块(14)和信号智能分析芯片(15)，所述传感器模块的输出端和智能芯片输入端相连，所述时钟芯片的输出端与智能芯片的输入端相连，智能芯片的输出端与显示屏或通过USB接口与计算机的输入端连接，进一步，所述的无线通信模块的输入端与智能芯片的输出端相连，经过上述过程从而完成标本的快速、灵敏检测及多种方式传输数据，数据进一步在数据处理端得以存储、分析处理、记录。 

其中，所述滤光片(4)放置在分束镜(3)和扩束镜(5)之间。 

其中，所述光源发生及控制模块包括激光发生器及控制电路，其中所述光源发生模块包含一种或几种激光二极 管激光器的组合，优选的，本实施例所述光源发生模块选择为发射633nm波长的光的激光发生模块(1)，例如为He-Ne激光器，此激光发生模块固定在壳内。所述模块还包括光源控制模块，来自激光发生模块(1)的光束经准直镜(2)再经分束镜(3)后，一部分光束进入光源控制装置，经光电二极管转换为电信号，控制电路芯片对整个电路的电流进行调控以实现恒流。另一部分目标激光光束依次经滤光片、扩束镜射向与光轴倾斜一定角度的全反射镜，经反射后再射向载物台(7)处放置的标本，激发标本所结合的特异性标记，例如为荧光分子标记的抗体，从而产生高强度的发射信号(发射光)，随后，发射信号依次经过采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器后，在照相底板或数字传感器(例如CCD传感器)上成像，经信号智能分析芯片分析、处理、记录检测区域内目标信息，所述系统采用USB接口作为上位接口，方便使用者直接实时把数据客观显示在显示屏上，或直接与计算机相连进行数据存储记录。同时，系统还设有无线通信模块及接口，便于使用者将数据实时传送给远程控制中心。 

进一步，通过无线通信模块及相应协议实现信号远程实时传输至所述系统的数据处理端进行存储、分析处理、记录，有益于需要进行历史数据查询的领域。 

其中，本实施例无线通信模块可选择已商业化的短距离或长距离无线通信模块； 

本实施例的信号智能分析装置，包括CMOS传感器模块和信号智能分析芯片。 

进一步，CMOS传感器的输出端和信号智能分析芯片的输入端相连； 

进一步，信号智能分析芯片的输出端与显示屏的输入端通过USB接口相连； 

进一步，时钟芯片的输出端和信号智能分析芯片的输入端相连； 

进一步，信号智能分析芯片的输出端与无线通信模块输入端相连； 

本实施例的激光光源控制模块与壳体内固接，与激光发生器相连。 

本实施例还包括壳体、底座、电源、光源发生模块与内部壳体的固接，光源控制电路与壳体的连接以及不同功能透镜与壳体的连接。 

根据所述实施方案，可以对食品、工业、医学、工业和环境领域中的待测标本进行有效、快速且灵敏检测及利用所述数据处理系统进一步对数据进行分析处理等。 

此外，本实用新型装置从标本检测至信号采集、分析、处理可设置在一个封闭的系统中，避免了对待测标本的干扰。 

进一步，所有光学元件均设置在一个黑的密封的壳体内，从而减少外界杂散光的影响，提高了检测的精度。 

Claims (9)

1.一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，包括；标本检测部分、数据处理系统，其特征在于：标本检测部分包括光源发生及控制模块、光源后端的光路中安装有准直镜(2)、分束镜(3)、滤光片(4)、扩束镜(5)、与光轴倾斜一定角度的全反射镜(6)、载物台(7)、采集透镜(8)、聚焦透镜(9)、发射光滤波器(10)和与光轴倾斜45度的全反射镜(11)；数据处理系统包括信号输出端和数据处理端，所述信号输出端包括传感器模块(14)、信号智能分析芯片(15)、显示屏(16)、无线通信模块(17)和时钟芯片(18)，所述数据处理端包括数据库(19)，所述传感器模块的输出端和信号智能分析芯片输入端相连，时钟芯片的输出端与信号智能分析芯片的输入端相连，信号智能分析芯片的输出端与显示屏或通过USB接口与计算机的输入端连接，所述的无线通信模块的输入端与信号智能分析芯片的输出端相连，所述无线通信模块(17)输出端输出数据至数据处理端的数据库(19)。

2.根据权利要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述的光源发生及控制模块包括激光发生器(1)及其控制电路。

3.根据权力要求1或2所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述标本检测部分还包括光电二极管(12)和控制电路(13)，它们组成光源控制模块。

4.根据权力要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述扩束镜前端放置有滤光片、分束镜前端放置有准直镜、经全反镜的光束射向载物台(7)处放置的标本，标本中结合的特异性标记产生的高强度发射信号再依次经采集透镜、聚焦透镜、发射光滤波器处理后进入传感器模块(14)，再经信号智能分析芯片(15)进一步分析处理。

5.根据权利要求2所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述的激光发生器(1)包含一种或几种激光二极管激光器的组合，它们组成光源发生模块。

6.根据权利要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述滤光片(4)放置在分束镜(3)和扩束镜(5)之间。

7.根据权利要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：所述数据处理系统中的无线通信模块可选择为短距离或长距离传输的无线通信模块。

8.根据权利要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：数据输出端上还设有时钟芯片(18)，其上包含时钟调整按钮。

9.根据权利要求1所述的一种病毒和致病菌的快速、灵敏检测装置及数据处理系统，其特征在于：还包括壳体、底座、电源、光源发生模块与内部壳体的固接，光源控制电路与壳体的连接及不同功能透镜与壳体的连接。 

Images