CN212301567U - 一种病毒感染细胞光学检测用的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种病毒感染细胞光学检测用的装置，该装置包括工作台、封闭外壳、照明模块和控制模块；所述工作台用于放置细胞培养板，所述细胞培养板用于放置待测细胞；所述封闭外壳用于封闭所述工作台；所述照明模块用于照射所述工作台；所述控制模块用于控制所述照明模块的照射条件和/或所述工作台的工作温度。本实用新型涉及一种病毒感染细胞光学检测用的装置可以辅助病毒感染细胞的检测，操作方法简单，耗时短。

Description

一种病毒感染细胞光学检测用的装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种病毒感染细胞光学检测用的装置。

背景技术

目前的病毒核酸检测，大多采用RT-PCR技术(逆转录聚合酶链式反应)来检测受试者是否感染新冠病毒。核酸检测需要咽拭子提取上皮细胞，并提取核酸，用荧光定量PCR仪进行检测，检测灵敏度高，2到3小时出结果，但是对设备、环境及人员操作要求高。抗体检测则是检测受试者的血清是否存在特异性抗体IgM或IgG，判断受试者是否曾经感染过新冠病毒。抗体检测是提取血液，利用胶体金的试验方法检测，对实验室要求低，操作简便，适用于大量疑似病例和无症状感染者，最快15分钟出结果，但是检测灵敏度低于核酸检测，假阳性结果较多。因此，本领域亟需一种针对细胞被病毒感染的新检测设备和方法，以辅助医护人员等工作者对细胞被病毒例如冠状病毒感染的初步判断，而且具有快速、有一定依据和可靠性的特点。

LED具有光效高、响应速度快、光谱较窄、光谱可组合等特点，可通过PWM调光或电流调光手段获得具有一定频率和占空比的LED脉冲光源。而细胞自身具有光响应的特点。利用LED对细胞进行光照，并根据其对光响应进行判断，有望于判断细胞当前状态。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种病毒感染细胞光学检测用的装置，该装置能够刺激细胞对光响应，使得细胞产生生理化学变化，这些变化能够用于对病毒感染细胞进行快速的光学检测，检测成本低，时间短，灵敏度高，适用于非实验室环境的大批量检测。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其包括工作台、封闭外壳、照明模块和控制模块；所述工作台用于放置细胞培养板，所述细胞培养板用于放置待测细胞；所述封闭外壳用于封闭所述工作台；所述照明模块用于照射所述工作台；所述控制模块用于控制所述照明模块的照射条件和/或所述工作台的工作温度。

优选地，所述照明模块包括LED阵列和聚光透镜，所述LED阵列照射向所述工作台，所述聚光透镜设置在所述LED阵列与所述工作台之间；所述LED阵列由单色LED光源组成，所述单色LED光源的中心波长范围为200nm至1000nm，光谱半波全宽小于40nm；或者，所述LED阵列包括峰值波长不同的多种单色LED光源，多种所述单色LED光源的峰值波长的种类大于2。

优选地，所述照明模块还包括电路板、壳体和散热片；所述壳体与所述封闭外壳连接；所述电路板设置在所述壳体内，所述LED阵列连接在所述电路板上，所述LED阵列的发光法线与所述电路板法线重合；所述散热片连接所述壳体并设置在所述电路板的外侧，所述聚光透镜连接所述壳体并设置在所述LED阵列的照射侧。

优选地，所述控制模块与所述照明模块电连接；所述控制模块用于控制所述照明模块的照射参数，照射参数包括波长、光照强度、工作频率、占空比、幅值和发光时间；波长的范围为200nm至1000nm；光照强度的范围为5μmol·m^-2·s^-1至100μmol·m^-2·s^-1；工作频率的范围为20Hz至20kHz；占空比的范围为0至100％；幅值的范围为1V至5V；发光时间的范围为大于0且不超过5min。

优选地，所述外壳内表面为漫反射表面。

优选地，病毒感染细胞光学检测用的装置还包括控制面板，所述控制面板设置在所述封闭外壳外侧面上，所述控制面板与所述控制模块电连接。

优选地，所述封闭外壳具有朝向所述工作台的可封闭的开口。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提出的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，可用于辅助对冠状病毒的快速检测。不同于对病毒的核酸的直接检测流程，本实用新型的装置通过对疑似被感染的细胞进行一定剂量光照，能够使得细胞快速对光响应，配合检测方法检测细胞状态或代谢产物的变化获得细胞当前状态的信息，从而能够快速地判断细胞当前状态，为间接地初步判断细胞有无被病毒感染提供依据。本实用新型还适用于后续进一步对该类病毒进行筛查，找出被感染的特定种病毒。

2、本实用新型的装置可结合电子计算机断层扫描等表象观察技术，增加细胞被病毒感染的判断依据。

3、本实用新型的装置所需时间短，配合检测步骤可在约20分钟内获得结果，相比于现有的病毒核酸检测方法时间缩短，在紧急情况下优势明显。

4、本实用新型的装置用于病毒感染细胞检测成本低，适用于大批量检测，减少人员工作量。本实用新型的装置用于病毒感染细胞检测对环境及人员要求低，简单培训后即可上机操作，操作简单方便。本实用新型的装置节省核酸提取等繁琐操作，即可实现初步的快速的判断，帮助医疗人员、检测人员、科研工作者等对冠状病毒的快速判断，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型病毒感染细胞光学检测装置实施例的结构示意图。

图2是本实用新型病毒感染细胞光学检测装置实施例实现的检测方法的流程示意图。

图3是本实用新型病毒感染细胞光学检测装置实施例实现的检测方法中正常细胞和病毒感染细胞的活性氧标准值。

图4是本实用新型病毒感染细胞光学检测装置实施例实现的检测方法中待测细胞的活性氧与标准值的比较。

以下结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

本实施例提供了一种病毒感染细胞光学检测用的装置，如图1所示，该装置包括照明模块1、控制模块2、工作台3和封闭外壳4。照明模块1用以向工作台3进行光照，以使目标细胞产生生理化学变化，用于后续对细胞状态或代谢产物进行检测，获得待测细胞当前状态信息。例如，可以将待测细胞的代谢产物与标准曲线比对，实现对待测细胞有无被某一类病毒感染的快速的初步判断。控制模块2用以对照明模块1的参数和工作台3的环境温度进行设置。工作台3用以放置存有待测细胞的细胞培养板。封闭外壳4用以隔绝外界微生物，使检测环境达到一定无尘洁净要求，以及对照明模块1发出的光线进行漫反射，使光线能会聚于工作台3上。本装置对疑似被冠状病毒感染的细胞进行光照，使该细胞的活性氧增加或减少，或使细胞的膜电位改变，通过分别与正常细胞的标准活性氧或膜电位标准值，以及病毒感染细胞的标准活性氧或膜电位标准值进行比较，实现对待测细胞有否被感染的快速的初步的判断。

具体地，照明模块1由多路LED阵列5和聚光透镜6组成。多路LED阵列5为单色LED光源，单色LED光源的中心波长范围为200nm至1000nm，光谱半波全宽小于40nm。或者，多路LED阵列5为峰值波长不同的多种单色LED光源，LED峰值波长种类N>2。多路LED阵列5固定于一块电路板7上，LED的发光法线方向与电路板7法线方向重合。电路板7固定于照明模块1的壳体内。壳体朝向LED一侧固定有聚光透镜6，另一侧固定有散热片，散热片材质为纯铝或其他散热材料。

控制模块2对照明模块1的参数进行控制，包括波长、光照强度、工作频率、占空比、幅值和发光时间。其中，波长的范围为200nm至1000nm；光照强度的范围为5μmol·m^-2·s^-1至100μmol·m^-2·s^-1；工作频率的范围为20Hz至20kHz；占空比的范围为0至100％；幅值的范围为1V至5V；发光时间的范围为0min至5min。控制模块2通过通信电线分别与照明模块1和触摸面板8进行连接。触摸面板8具有可视化显示屏，可通过点击相应项目分别对波长、光照强度、工作频率、占空、幅值和发光时间参数进行设置。设置的参数通过电线将工作信号传至控制模块2，再由控制模块2对照明模块1进行相应的控制。

本实施例的病毒感染细胞光学检测方法，可以适用于不同的病毒，优选用于冠状病毒科的病毒或正黏液病毒科的病毒。如图2所示，具体可以包括以下步骤：

对正常状态的细胞在一定温度下进行一定剂量的光照，检测其细胞状态或代谢产物并获得正常细胞的标准值F1；人为的用某一类病毒感染正常细胞，并在相同温度下进行相同剂量的光照，检测其细胞状态或代谢产物，并获得病毒感染细胞的标准值F2；其中，代谢产物优选活性氧(ROS)，细胞状态优选膜电位，以其作为细胞有否被病毒感染的定性判断的依据。

获取待测细胞并活化；对待测细胞进行相同温度下相同剂量的光照，使待测细胞的代谢物增加或减少，或使待测细胞的细胞状态发生变化，检测其细胞状态或代谢产物。

将待测细胞的细胞状态或代谢产物分别与两个标准值进行比较；若细胞状态或代谢产物与标准值F1无显著差异且与标准值F2有显著差异，可初步判断待测细胞处于未感染状态的可能性较大，可以假设细胞未受感染；若细胞状态或代谢产物与标准值F1有显著差异且与标准值F2无显著差异，可初步判断待测细胞可能已被病毒感染，可以假设细胞已被感染，后续可进一步对病毒品种进行筛查；否则，本次检测未能得到有效判断。

作为具体的例子，如咽喉发炎时，对患者咽喉采用鼻咽拭子采集上皮细胞。然后进行细胞涂片并添加活性氧检测试剂。冠状病毒早期引起上呼吸道感染，影响咽上皮细胞的线粒体功能，进一步导致活性氧含量的改变。假设其对红光，特别是峰值波长为630nm的红光，具有光响应。如图3所示，预先在37℃温度范围内，分别实验获得正常细胞ROS量的标准值F1和受病毒感染细胞ROS量标准值F2，至少进行3次生物重复实验。对待测细胞进行5μmol·m^-2·s^-1强度，时间为5min,占空比为100％，即剂量为50μmol的光照。随后上机检测，采集荧光图像并进行软件分析。如图4所示，对得到的检测数值A与F1和F2做比较，进行T检验，也可选其他检验。当A值与F1值没有显著差异，且A值与F2值具有显著差异时，可以进行假设，即待测细胞未被病毒感染。

利用本实施例的装置和方法还可以进一步对病毒品种进行筛查，具体可以包括以下步骤：选取某一类病毒中的病毒A和病毒B，分别感染正常细胞并在不同于上述检测F1和F2时的温度下进行光照，分别检测其细胞状态或代谢产物并得到病毒感染细胞的标准值F3和F4；对待测细胞在相同温度下进行光照，检测其细胞状态或代谢产物，并与F3和F4进行比较；若细胞状态或代谢产物与F3无显著性差异且与F4有显著性差异，则可初步判定细胞被病毒A感染；若细胞状态或代谢产物与F3有显著性差异且与F4无显著性差异，则可初步判定细胞被病毒B感染；否则，可初步判定细胞被其他病毒感染。

虽然本实施例的装置及方法无法对病毒进行直接检测，但能配合检测手段给医疗人员等相关工作者提供一种快速、操作步骤简单的检测方法。若结合电子扫描技术、显微镜表象观察等技术，可得到更有力的结论，为后续是否需要进行冠状病毒检测作出判断。

由上可见，本实用新型的病毒感染细胞光学检测装置，应用于病毒检测具有操作方法简单、耗时短等优点，比表象观察技术更直接地对细胞状态进行判断，具有作为病毒检测前的预检测的应用前景。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

包括工作台、封闭外壳、照明模块和控制模块；

所述工作台用于放置细胞培养板，所述细胞培养板用于放置待测细胞；

所述封闭外壳用于封闭所述工作台；

所述照明模块用于照射所述工作台；

所述控制模块用于控制所述照明模块的照射条件和/或所述工作台的工作温度。

2.根据权利要求1所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

所述照明模块包括LED阵列和聚光透镜，所述LED阵列照射向所述工作台，所述聚光透镜设置在所述LED阵列与所述工作台之间；

所述LED阵列由单色LED光源组成，或者所述LED阵列包括峰值波长不同的多种单色LED光源；所述单色LED光源的中心波长范围为200nm至1000nm，光谱半波全宽小于40nm。

3.根据权利要求2所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

所述照明模块还包括电路板、壳体和散热片；所述壳体连接在所述封闭外壳上；

所述电路板设置在所述壳体内，所述LED阵列连接在所述电路板上，所述LED阵列的发光法线与所述电路板法线重合；所述散热片连接所述壳体并设置在所述电路板的外侧，所述聚光透镜连接所述壳体并设置在所述LED阵列的照射侧。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

所述控制模块与所述照明模块电连接；所述控制模块用于控制所述照明模块的照射参数，所述照射参数包括波长、光照强度、工作频率、占空比、幅值和发光时间；

所述波长的范围为200nm至1000nm；

所述光照强度的范围为5μmol·m^-2·s^-1至100μmol·m^-2·s^-1；

所述工作频率的范围为20Hz至20kHz；

所述占空比的范围为0至100％；

所述幅值的范围为1V至5V；

所述发光时间的范围为大于0且不超过5min。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

所述外壳内表面为漫反射表面。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

还包括控制面板，所述控制面板设置在所述封闭外壳外侧面上，所述控制面板与所述控制模块电连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种病毒感染细胞光学检测用的装置，其特征在于：

所述封闭外壳具有朝向所述工作台的可封闭的开口。

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