專利名稱：一種三磷酸腺苷的熒光檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種生物儀器，尤其涉及一種用于檢查食品及衛(wèi)生監(jiān)督中三磷酸 腺苷的熒光檢測裝置。
背景技術：
三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate,ATP)是一切生物體新陳代謝的能量源泉， 普遍存在于一切生物細胞體內(nèi)，為細胞內(nèi)各種需能過程提供能量，是細胞生存的必須因素。傳統(tǒng)測ATP的方法包括高壓液相法、放射性同位素法等。其中高壓液相法繁瑣且 昂貴，檢測時間需要30分鐘以上，且不能直接測定ATP的含量，靈敏度僅為毫摩爾級；放 射性同位素方法的靈敏度高，但污染大，需要樣品的防護和廢棄物處理過程，不適合大量使 用。通過以ATP為能源，熒光素酶催化熒光素氧化發(fā)光，如下式
熒光索_
ATP+熒光素+02 -8 氧化熒光素+AMP+PPi+光 (1 )傳統(tǒng)表面皿培養(yǎng)法測定細菌數(shù)量需要48小時，但采用熒光檢測的原理進行ATP檢 測，只需幾分鐘，甚至可以縮短為幾十秒鐘。因此該熒光檢測方法具有速度快、靈敏度高、易 于操作的優(yōu)點。近年來，采用了如下的熒光檢測傳感器光敏二極管(Photo-Diode，PD)，雪崩二 極管(Avalanche Photo Diode，APD)，感光成像系統(tǒng)(ChargeCoupled Device, CCD)或光電 倍增管(PhotomultiplienPMT)檢測熒光信號，進一步檢測ATP的含量，使得檢測設備易于 使用。在以上熒光檢測傳感器中，由于PD具有可以使用較低的系統(tǒng)供電電壓，系統(tǒng)所需能 耗小，體積小巧，所以以PD作為光電傳感器的檢測裝置具有小型化、便攜化和電池供電的 特點。但是，目前在以PD作為傳感器的熒光檢測裝置中，如圖1所示，為了檢測微弱的熒 光信號，采用了多級放大方式對熒光信號進行放大，由于該方式器件多，存在以下問題1) 系統(tǒng)中會存在較多的器件噪聲；2)器件多會使對于同一個熒光強度，不同機器間的檢測電 壓的一致性受到影響。使得現(xiàn)有技術的熒光測量方法中ATP檢測精度都不高，一般只能達 到 l(T13mol。因此，現(xiàn)有技術還有待改進和發(fā)展。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺點，提供了一種成本低、具有更高 檢測精度的用于檢測三磷酸腺苷含量的熒光檢測裝置。本實用新型的技術方案是一種三磷酸腺苷的熒光檢測裝置，包括計算控制模塊，其中，還包括依次連接的熒 光檢測模塊、熒光采集模塊和信號傳輸模塊；其中，[0013]所述熒光檢測模塊，用于通過光伏接法獲取被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出的 熒光信號，并將所述熒光信號通過一級IV轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)成電信號；所述熒光采集模塊，用于采用工作在差分輸入模式的AD采樣器采樣所述電信號；所述信號傳輸模塊與所述計算控制模塊連接，用于將所述熒光采集模塊采樣的電 信號發(fā)送到所述計算控制模塊；所述計算控制模塊，用于根據(jù)所述采樣的電信號，計算分析被測三磷酸腺苷含量。所述的熒光檢測裝置，其中，還包括電子開關模塊，所述電子開關模塊連接所述計 算控制模塊，用于給所述熒光檢測模塊和熒光采集模塊提供穩(wěn)定的工作電壓，并在熒光檢 測裝置開蓋時，切斷所述熒光檢測模塊和熒光采集模塊的電源。所述的熒光檢測裝置，其中，所述熒光檢測模塊包括光電二極管和一運算放大器， 所述光電二極管并聯(lián)在所述運算放大器的兩輸入端；所述光電二極管的正極通過第一 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接參考電壓；所述光電二極管的負極通過第二 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接所述運算放大器的輸出端。所述的熒光檢測裝置，其中，所述熒光采集模塊包括工作于差分輸入模式的AD采 樣器；所述AD采樣器的正差分輸入端通過第一保護電阻(R4)連接所述運算放大器的輸 出端；所述AD采樣器的負差分輸入端通過第二保護電阻(R5)連接所述運算放大器的同 相輸入端；所述AD采樣器的兩差分輸入端之間連接有低通濾波網(wǎng)絡，用于濾除所述電信號 中的高頻成分。所述的熒光檢測裝置，其中，所述低通濾波網(wǎng)絡的3DB截至頻率為10Hz。所述的熒光檢測裝置，其中，所述低通濾波網(wǎng)絡由第六電阻(R6)和第三電容(C3) 組成。所述的熒光檢測裝置，其中，所述第一保護電阻(R4)和第二保護電阻(R5)的阻值 小于第六電阻(R6)。本實用新型所提供的三磷酸腺苷熒光檢測裝置，由于只用了一級IV轉(zhuǎn)化就可以 實現(xiàn)熒光到電壓信號的轉(zhuǎn)化，減少了系統(tǒng)元件，降低了系統(tǒng)噪聲和不一致性；同時采用高分 辨率的采樣器件實現(xiàn)了更高的檢測精度，使得檢測精度可以達到10_15mol，提高了 ATP的檢 測精度，克服了現(xiàn)有技術中在ATP濃度低時存在的假陽性現(xiàn)象；并且降低了成本。
圖1是現(xiàn)有技術傳統(tǒng)的熒光檢測電路結構示意圖；圖2是本實用新型實施例的熒光檢測儀的總體結構框架圖；圖3是本實用新型實施例的熒光檢測模塊的一種具體實現(xiàn)電路原理圖；圖4是本實用新型實施例的熒光檢測模塊電路與熒光采樣模塊電路連接圖；圖5是本實用新型實施例的電子開關電路。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施 例對本實用新型進一步詳細說明。本實用新型實施例的用于檢測三磷酸腺苷含量的熒光檢測裝置，如圖2所示，其 包括計算控制模塊200，還包括依次連接的熒光檢測模塊130、熒光采集模塊120和信號傳 輸模塊110。其中，熒光檢測模塊130通過光伏接法獲取被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出 的熒光信號，并將所述熒光信號通過一級IV轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)成電信號。熒光采集模塊120用于采用 差分輸入方式采樣所述電信號。信號傳輸模塊110用于將所述熒光采集模塊采樣的電信號 發(fā)送到所述計算控制模塊。計算控制模塊200用于根據(jù)所述采樣的電信號，計算分析被測 三磷酸腺苷含量。為了減少器件產(chǎn)生的噪聲和漂移影響，應盡量在前端采用較少的器件實現(xiàn)熒光信 號的獲取。本實施例中，熒光檢測模塊130的一種具體實現(xiàn)電路原理圖如圖3所示，其包括 光電二極管PD和運算放大器TO，光電二極管PD并聯(lián)在所述運算放大器的兩輸入端。光電 二極管PD的正極通過第一 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接參考電壓Vref ；光電二極管PD的負極通過第二 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接所述運算放大器的輸出端。其中第二 RC并聯(lián)網(wǎng)絡由第一電阻Rf和第一濾波 電容C1組成，第一 RC并聯(lián)網(wǎng)絡由第二電阻R2和第二濾波電容C2組成。由于采用光電二極PD管作為微弱ATP熒光檢測的傳感器元件，并采用了光伏接 法，在此接法中光電二級管PD兩端的偏置電壓為零。在光伏模式時，增益較小，光電二極管 PD可以非常精確地線性工作，此時輸出電壓
(1)為了可以分辨熒光的微小變化，采用高分辨率的AD采樣器件，在器件的選擇上考 慮具有分辨率高、輸入阻抗大、抗干擾能力強的特點，可以實現(xiàn)熒光信號的微小分辨。本實 施例中，熒光采集模塊120與熒光檢測模塊130電路連接圖如圖4所示，其中熒光采集模塊 電路120包括工作于差分輸入模式的AD采樣器；AD采樣器的正差分輸入端(如圖4所示 的AIN+)通過第一保護電阻R4連接所述運算放大器的輸出端；AD采樣器的負差分輸入端 (如圖4所示的AIN-)通過第二保護電阻R5連接所述運算放大器的同相輸入端；AD采樣器 的兩差分輸入端之間(AIN+，AIN-)連接有低通濾波網(wǎng)絡，用于濾除所述電信號中的高頻成 分。由上可見，在本實施例中IV轉(zhuǎn)換之后直接用高分辨率的采樣器件，比圖1所示的 現(xiàn)有技術傳統(tǒng)的熒光檢測電路，精減了一級放大電路，且可達到更好的檢測效果。本實用新 型只用了一級IV轉(zhuǎn)化就可以實現(xiàn)熒光到電壓信號的轉(zhuǎn)化。這樣，就可以克服器件多產(chǎn)生的 噪聲和不一致性，進而提高系統(tǒng)檢測的一致性。由于被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出的熒光信號為低頻緩變信號，本實施例中， C1,C2是濾波電容，由第六電阻R6和第三電容C3組成低通濾波網(wǎng)絡，其3DB截止頻率選擇為 10Hz。其中，第一保護電阻R4和第二保護電阻R5為限流保護電阻，其阻值遠小于R6。其中，AD采樣器選擇考慮具有高的輸入阻抗，高的分辨率，在實現(xiàn)中采用了 E -A 型24位AD采樣器，并且AD采樣器工作于差分輸入模式，此時AD采樣器的輸出為AD— = '"+224 ‘“ * (Kef+ — Kef-),，、
5 由式(7)可以看到，熒光采集模塊電路采樣回來的數(shù)據(jù)與電阻Rf、R2和VDDA相關， 在熒光檢測模塊部分可采用選擇精度好的電阻&和R2和良好的電路布板工藝，以減少漏 電流的影響。在電路中控制VDDA的精度就可以使AD采樣器的輸出如實的跟蹤熒光的微弱 變化，達到好的采樣精度和靈敏度。實現(xiàn)VDDA的精度的措施可以采用性能指標很好的低壓 差線性穩(wěn)壓處理器件(LD0)。由于被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出的熒光信號光強十分微弱，在熒光檢測裝 置開蓋插入拭子棒時，在光電二極管PD上就會感應出光電流；此時光電流就會在電路中產(chǎn) 生電流的充放電效應，由于在檢測模塊電路中存在很高的阻抗和分布電容，整個放電時間 常數(shù)就會很大，此電流就會造成對熒光電流的影響。因此，本實用新型實施例中的熒光檢測裝置，還采用電子開關模塊來縮短電流瀉 放的時間。其中，所述電子開關模塊140，如圖2所示，該電子開關模塊140連接所述計算控 制模塊200，用于給熒光檢測模塊130和熒光采集模塊120提供穩(wěn)定的工作電壓，并在熒光 檢測裝置開蓋時，切斷熒光檢測模塊130和熒光采集模塊120的電源，這樣，就縮短了電流 瀉放的時間，降低了非熒光的雜散光的干擾?？赏ㄟ^采用計算控制模塊200的引腳PC0控制低壓差線性穩(wěn)壓器的控制端來實 現(xiàn)本實施例的電子開關模塊，如圖5所示，當PC0的輸出管腳配置為高電平時，線性穩(wěn)壓器 SPX5205M5-30工作于正常模式，OUT輸出正常的3V電壓，該電壓為熒光檢測模塊和熒光采 集模塊供電，可以實現(xiàn)對熒光信號的檢測和采集；當PC0的輸出管腳配置為低電平時，此線 性穩(wěn)壓器處于未選通狀態(tài)，OUT輸出電壓為0，此時熒光檢測模塊和熒光采集模塊沒有供電 電壓，在圖4中，光電二極管PD兩端的并聯(lián)電阻和分布電容達到最小，這樣就可以使得PD 感應的光電流得到很快的泄放。計算控制模塊200則根據(jù)本實施例的熒光檢測裝置的蓋的開閉控制PC0端的輸 出。當拭子放入，艙蓋閉合時，PC0的輸出管腳配置為高電平，電子開關閉合，熒光檢測模塊 和熒光采集模塊的電壓恢復，PD的感應電流就可以在Rf和AD的回路中流過，流向為從Rf 流向PD流向R2，此時，感應電壓如式(3)表達。當艙蓋打開，未放入拭子時，PC0的輸出管 腳配置為低電平，電子開關打開，熒光檢測模塊和熒光采集模塊沒有供電電壓，PD感應的電 流就不能在Rf和AD的回路中流過，此光電流就不會在Rf上產(chǎn)生影響，因此，可以降低非熒 光的雜散光干擾。本實用新型實施例所提供的三磷酸腺苷熒光檢測裝置，由于只用了一級IV轉(zhuǎn)化 就可以實現(xiàn)熒光到電壓信號的轉(zhuǎn)化，減少了系統(tǒng)元件，降低了系統(tǒng)噪聲和不一致性；同時 采用高分辨率的采樣器件實現(xiàn)了更高的檢測精度，使得檢測精度可以達到10_15mOl，提高了 ATP的檢測精度，克服了現(xiàn)有技術中在ATP濃度低時存在的假陽性現(xiàn)象；并且降低了成本。本實用新型的三磷酸腺苷熒光檢測裝置，可應用于食品及衛(wèi)生監(jiān)督中的微生物檢查，包括 食品、飲品及空氣衛(wèi)生檢測中細菌總數(shù)的現(xiàn)場測定；也可被用于企業(yè)自檢；還可供工商、質(zhì) 檢、檢疫、環(huán)保等單位用于衛(wèi)生學監(jiān)控。 應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來 說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權 利要求的保護范圍。
權利要求一種三磷酸腺苷的熒光檢測裝置，包括計算控制模塊，其特征在于，還包括依次連接的熒光檢測模塊、熒光采集模塊和信號傳輸模塊；其中，所述熒光檢測模塊，用于通過光伏接法獲取被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出的熒光信號，并將所述熒光信號通過一級IV轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)成電信號；所述熒光采集模塊，用于采用工作在差分輸入模式的AD采樣器采樣所述電信號；所述信號傳輸模塊與所述計算控制模塊連接，用于將所述熒光采集模塊采樣的電信號發(fā)送到所述計算控制模塊；所述計算控制模塊，用于根據(jù)所述采樣的電信號，計算分析被測三磷酸腺苷含量。
2.如權利要求1所述的熒光檢測裝置，其特征在于，還包括電子開關模塊，所述電子開 關模塊連接所述計算控制模塊，用于給所述熒光檢測模塊和熒光采集模塊提供穩(wěn)定的工作 電壓，并在熒光檢測裝置開蓋時，切斷所述熒光檢測模塊和熒光采集模塊的電源。
3.如權利要求1所述的熒光檢測裝置，其特征在于，所述熒光檢測模塊包括光電二極 管和一運算放大器，所述光電二極管并聯(lián)在所述運算放大器的兩輸入端；所述光電二極管的正極通過第一 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接參考電壓；所述光電二極管的負極通過第二 RC并聯(lián)網(wǎng)絡接所述運算放大器的輸出端。
4.如權利要求3所述的熒光檢測裝置，其特征在于，所述熒光采集模塊包括工作于差 分輸入模式的AD采樣器；所述AD采樣器的正差分輸入端通過第一保護電阻(R4)連接所述運算放大器的輸出端；所述AD采樣器的負差分輸入端通過第二保護電阻(R5)連接所述運算放大器的同相輸 入端；所述AD采樣器的兩差分輸入端之間連接有低通濾波網(wǎng)絡，用于濾除所述電信號中的 高頻成分。
5.如權利要求4所述的熒光檢測裝置，其特征在于，所述低通濾波網(wǎng)絡的3DB截至頻率 為 10Hzo
6.如權利要求4所述的熒光檢測裝置，其特征在于，所述低通濾波網(wǎng)絡由第六電阻 (R6)和第三電容(C3)組成。
7.如權利要求6所述的熒光檢測裝置，其特征在于，所述第一保護電阻(R4)和第二保 護電阻(R5)的阻值小于第六電阻(R6)。
專利摘要本實用新型公開了一種三磷酸腺苷的熒光檢測裝置，所述的裝置包括計算控制模塊，及依次連接的熒光檢測模塊、熒光采集模塊和信號傳輸模塊；通過光伏接法獲取被測三磷酸腺苷與熒光素反應發(fā)出的熒光信號，將所述熒光信號通過一級IV轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)成電信號；采用差分輸入方式采樣電信號并計算分析被測三磷酸腺苷含量。本實用新型所提供的三磷酸腺苷熒光檢測裝置，由于只用了一級IV轉(zhuǎn)化就可以實現(xiàn)熒光到電壓信號的轉(zhuǎn)化，減少了系統(tǒng)元件，降低了系統(tǒng)噪聲和不一致性；同時采用高分辨率的采樣器件實現(xiàn)了更高的檢測精度，使檢測精度可以達到10-15mol，提高了ATP的檢測精度，克服了現(xiàn)有技術中在ATP濃度低時存在的假陽性現(xiàn)象；并且降低了成本。
文檔編號G01N21/01GK201607408SQ200920260929
公開日2010年10月13日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者劉逸秋, 葉慧, 吳維哲, 張小輝, 曹妮妮, 譚曉輝 申請人:深圳市朗石生物儀器有限公司