一種基于米氏散射的微生物快速檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物檢測技術領域，特別是一種利用光照射微粒的米氏散射快速檢測微生物的檢測裝置。
【背景技術】
[0002]微生物是一切肉眼看不見或看不清的微小生物，個體微小，結構簡單，通常要用光學顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統稱為微生物。微生物包括細菌、病毒、霉菌、酵母菌等。微生物的檢測在食品安全、疾病診斷和控制、生物科學研究等方面有著重要的意義。微生物的快速檢測要求在盡可能短的時間內檢測出目標微生物，同時靈敏度和特異性高，操作盡可能簡單。
[0003]傳統的微生物檢測方法主要有培養膜法、螺旋平板計數法、濾膜法以及新興的ATP生物熒光法、電阻抗法、顏色變化、流式細胞技術及激光掃描技術。這些方法通常成本比較高，需要預先對微生物進行一定數量的培養并在培養過程中加入特定的培養試劑，同時培養過程需要耗費較多的時間，并且檢測結果出現假陽性的可能性較高。因此，需要一種不需要額外引入化學試劑、通用性好且檢測快速的微生物檢測裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，使用該裝置相比于傳統的微生物檢測方法可以大大提高檢測的速度和精度，且操作簡單，通用性強。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]一種基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，包括激光器、光學聚焦系統、樣品池、探測器陣列框架和多個光電探測器，所述光學聚焦系統位于所述激光器與所述樣品池之間，激光器發出的激光光束經光學聚焦系統聚焦于樣品池中；所述探測器陣列框架是由多根半徑相等的半圓形框架臂組成的球狀籠結構，所述框架臂為籠條，樣品池位于探測器陣列框架中心；每條框架臂上設置有若干探測孔，每個探測孔中安裝有一個探測方向向內的所述光電探測器。
[0007]優選的，所述框架臂在其所在球面等角度間隔均勻分布，所述探測孔在每條框架臂上等間距均勻分布。
[0008]進一步優選的，所述框架臂共4條，構成2個所在平面相互垂直的圓環，其中每個圓環由相對的2條框架臂組成。
[0009]更進一步優選的，每條框架臂上分布有7個探測孔，4條框架臂總計有28個探測孔，可安裝28個光電探測器。
[0010]優選的，所述激光器為功率可調的單波長激光器。
[0011]優選的，所述樣品池為一透明材質的空心球體，樣品池球心與探測器陣列框架的球心重合。
[0012]進一步優選的，所述激光器出射光為準直的平行激光束，所述光學聚焦系統的焦點與樣品池的球心重合，激光束平行入射光學聚焦系統時聚焦于樣品池中待測溶液的中心。
[0013]另一進一步優選的，所述樣品池的材質為玻璃。
[0014]優選的，安裝在探測孔中的所有光電探測器的光軸延長線會聚于探測器陣列框架的球心。
[0015]優選的，所述光電探測器為光電二極管。
[0016]本發明技術方案基于米氏散射理論進行微生物檢測。米氏散射理論是研究透明介質中，單色光波照射到任意直徑和成分的球形顆粒上時，光波發生散射的特性及解的理論，在環保、能源、天文、氣象、醫學等領域得到了廣泛應用。透明液體中的微生物，經過激光的照射后，會向周圍空間發出散射光，且不同角度空間的散射光強度與顆粒直徑存在相關性，不同形狀的粒子在空間的散射光強度分布有不同的規律，通過收集周圍空間的散射光，基于米氏散射理論即可解出微生物的形態結構參數。為實現基于米氏散射的快速微生物檢測，需要將一定能量的單色光照射到微生物上，本發明采用了激光器作為照射光源，激光具有單色性好、能量集中、光束質量高的特點；光電二極管具有響應速度快、噪聲低的特點，是光電檢測裝置中的常用器件。同時為了收集空間散射光，需要在微生物周圍安放光電探測器，本發明采用了光電二極管，具有響應速度快、噪聲低的特點。
[0017]本發明技術方案具有以下優點:
[0018]1.光電探測器分布在球形籠狀的框架上，待檢測微生物位于框架中心，使得光電探測器可以充分且均勻的收集空間散射光，保證了檢測精度；根據不同的檢測目標和要求，框架臂還可以擴展為不同結構，滿足不同探測的結構要求；
[0019]2.本發明檢測裝置檢測不同的微生物時無需引入額外的檢測試劑，一套裝置可檢測多種目標微生物，檢測裝置通用性強；
[0020]3.光電檢測器可以實現快速的光電信號轉換，信號輸入計算機高速處理，可以得到實時的檢測結果，實現實時快速檢測。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明基于米氏散射的微生物快速檢測裝置結構立體圖。
[0022]其中:
[0023]1:激光器;2:光學聚焦系統;3:探測器陣列框架;31:框架臂;32:探測孔;4:樣品池；5:光電探測器。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖通過實施例對本發明做進一步說明，以便更好地理解本發明。
[0025]結合圖1，基于米氏散射的微生物快速檢測裝置由激光器1、光學聚焦系統2、探測器陣列框架3、樣品池4和光電探測器5組成。探測器陣列框架3是由四根相同的半圓弧狀框架臂31組成的球狀籠結構，球直徑為203_，單根框架臂31的厚度為26_，每根框架臂31上等間距均勻分布有7個用來安裝探測器的探測孔32 ;激光器1的激光波長為632nm，功率為OmW至lOOmW可調，內置準直濾波單元，發射的激光為準直平行光；光學聚焦系統2的焦點與探測器陣列框架3的球心重合，光學聚焦系統2的后焦距為260_，激光器1發射的激光經過光學聚焦系統2會聚于焦點處；樣品池4 一般為透明材質制作，用以盛放待測溶液，為便于檢測分析，盡量采用空間對稱的結構，本實施例中樣品池4為玻璃制成的空心球狀容器，置于探測器陣列框架3中，樣品池4的球心與探測器陣列框架3的球心重合，樣品池4的球直徑為79mm ;在框架臂31的探測孔32中安裝了共計28個光電探測器5，光電探測器5的光軸延長線均會聚于探測器陣列框架3的球心。
[0026]裝置的原理如下:由激光器1發射出來的準直后的平行激光束經過光學聚焦系統2會聚后，聚焦在光學聚焦系統2的焦點處，由于光學聚焦系統2的焦點與探測器陣列框架3和樣品池4的球心重合，激光光束經過光學聚焦系統2會聚后聚焦在樣品池4的球心處，樣品池4中的微生物樣品由于受到激光的照射，會向周圍空間發射出散射光，散射光被各個方位的光電探測器5分別接收，光強轉換為電信號，信號傳輸至計算機；后期通過計算機對得到的光電信號處理分析，得到樣品池4中的待檢微生物的形態種類信息。
[0027]應理解，上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于供本領域技術人員了解本發明的內容并據以實施，并非【具體實施方式】的窮舉，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，包括激光器(I)、光學聚焦系統(2)和樣品池(4)，所述光學聚焦系統(2)位于所述激光器(I)與所述樣品池(4)之間，激光器(I)發出的激光光束經光學聚焦系統(2)聚焦于樣品池(4)中，其特征在于: 還包括探測器陣列框架⑶和多個和光電探測器(5)，所述探測器陣列框架(3)是由多根半徑相等的半圓形框架臂(31)組成的球狀籠結構，所述框架臂(31)為籠條，樣品池(4)位于探測器陣列框架(3)中心；每條框架臂(31)上設置有若干探測孔(32)，每個探測孔(32)中安裝有一個探測方向向內的所述光電探測器(5)。2.根據權利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述框架臂(31)在其所在球面等角度間隔均勻分布，所述探測孔(32)在每條框架臂(31)上等間距均勻分布。3.根據權利要求2所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述框架臂(31)共4條，構成2個所在平面相互垂直的圓環，其中每個圓環由相對的2條框架臂(31)組成。4.根據權利要求3所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:每條框架臂(31)上分布有7個探測孔(32)。5.根據權利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述激光器(I)為功率可調的單波長激光器。6.根據權利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述樣品池⑷為一透明材質的空心球體，樣品池⑷球心與探測器陣列框架⑶的球心重合。7.根據權利要求6所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述激光器(I)出射光為準直的平行激光束，所述光學聚焦系統(2)的焦點與樣品池(4)的球心重合。8.根據權利要求6所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述樣品池(4)的材質為玻璃。9.根據權利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:安裝在探測孔(32)中的所有光電探測器(5)的光軸延長線會聚于探測器陣列框架(3)的球心。10.根據權利要求1所述的基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，其特征在于:所述光電探測器(5)為光電二極管。
【專利摘要】本發明公開了一種基于米氏散射的微生物快速檢測裝置，包括激光器、光學聚焦系統、探測器陣列框架、樣品池和光電探測器件。激光器發射的激光束經過準直后形成平行光，然后經由光學聚焦系統會聚照射到樣品池中的微生物樣品上，微生物的被激光照射后，向空間發射出散射光，散射光被環繞在樣品池周圍的光電探測器件接收，基于米氏散射理論，通過計算機對接收到的光電信號，進行解析計算，可以實時檢測到當前微生物的形態。本裝置實現了微生物的快速實時檢測，采用光學散射的原理，提高了檢測速度和精度，實現了采集過程中的信號實時采集、處理和分析，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】G01N21/51
【公開號】CN105136745
【申請號】CN201510684590
【發明人】榮四海, 王煒, 劉賓, 李智洋, 何農躍
【申請人】南京先進激光技術研究院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月21日