一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置的製作方法

2023-05-02 08:46:11

專利名稱：一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測裝置，特別是一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測 裝置，該裝置可應用於食品安全，環境檢測部門用於現場微生物快速檢測， 大樣本快速篩查，達到重點環節監測，預防傳染疾病，保障公共安全，食品 安全和環境監測。
背景技術：
ATP (AdenosineTriphosphate),中文名稱三磷酸腺苷，作為重要的能量 分子存在於從微生物到高等動植物的所有生物體中。鑑於活微生物體內含有 ATP，利用如下反應式的ATP螢光反應，通過檢測螢光發光強度的方法可以 確定樣本ATP的含量，從而可以間接確定樣本的微生物的存在和含量。爿r屍+丄//2(螢光素)炎:;陶> l/^lmmp+二氫吡咯酸 (i)丄//204， + 02 —~> ^wp + c02 +氧化螢光素+光 (2)該方法具有廣譜、靈敏度高和速度快的優點靈敏度可達到10—13mol， 如能控制某些環節甚至能達到10—18mol;傳統表面皿培養法測定細菌數量需 要48小時，該方法只需幾分鐘，手持式設備僅需十幾秒鐘。傳統方法是使用臺式設備進行微生物的ATP螢光檢測，臺式設備體積 大，交流供電，不能方便靈活的應用於現場快速檢測的場合。根據申請人所作的資料檢索，還沒有基於美國TI (Texas Instruments) 公司MSP430超低功耗微控制器製備的手持式ATP螢光檢測儀的相關報導。發明內容本實用新型的目的在於，提供一種使用電池供電的手持式三磷酸腺苷熒
光檢測裝置，該裝置能夠在現場10s內快速檢測微生物，並產生檢測結果， 並且可保存1000個檢測結果，使用一次性ATP檢測試劑，避免幹擾。 為了實現上述功能，本實用新型採取如下的技術方案一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，包括由上殼和下殼組成的殼體， 其特徵在於，所述的殼體上方有一個開/合的蓋子，上殼作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤；殼體內安裝有用於螢光檢測的電路版，螢光檢測電路板上還安裝有液晶屏，光電二極體，屏蔽罩和避光金屬塊，光電二極 管位於避光金屬塊內，則另一端連接有試管倉，螢光檢測電路版上還設置設 有第一微動開關和第二微動開關。本實用新型的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，相比現有的臺式ATP螢光檢測設備而言，具有檢測靈敏度高，快速、便攜性、低功耗和廣譜的優 點，能更方便的應用到微生物現場檢測。達到預防傳染病，保障公共安全與 食品安全以及環境的監測。


圖1是儀器的結構示意圖(正面)；圖2是儀器的結構示意圖(側面)；圖3是ATP螢光檢測儀電路總體結構框圖；圖4是螢光檢測模塊一種具體電路實例；圖5是DC/DC模塊和軟開機/關機模塊的一種具體電路實例。圖l、 2中的標號分別表示1、上殼，2、下殼，3、蓋子，4、液晶屏， 5、試管倉，6、第一微動開關，7、第二微動開關，8、避光金屬塊，9、電 路板，10、鍵盤，11、 RS232接口， 12、光電二極體，13、屏蔽罩。以下將結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細描述。
具體實施方式
本實用新型釆用光電二極體作為微弱ATP螢光檢測的核心器件，設計
具有低噪聲，高靈敏度，抗千擾能力強特點的前置放大電路，用於檢測光電二極體獲得的螢光信號；使用美國TI公司MSP430系列超低功耗微控制器實現系統的低功耗設計，設計具有超低靜態電流和漏電流的供電電路，使用兩節AA電池。整個手持式ATP螢光檢測裝置的電路部分包括螢光檢測模塊、數據採 集模塊、人機互動界面、供電模塊和控制模塊等。所說的螢光檢測模塊包括 光電二極體(選自濱松公司)、基於Analog公司AD8605的低噪聲，高靈敏 度，抗幹擾能力強的前置放大電路；所說的數據採集模塊包括MSP430內部 集成的12位A/D轉換器，12位A/D轉換器使用的外部參考源電路和用於 存儲採集數據的基於I2C總線的EEPROM;所說的供電模塊包括兩節串連 AA電池，基於Sipex公司升壓型DC/DC晶片SP6641A將兩節串連AA電 池電壓轉化成穩定3.3V輸出用於整個系統供電的穩壓模塊，基於Sipex公 司的低壓差線性穩壓(LDO)晶片SPX5205將3.3V電壓轉化成穩定精度更 高的3V輸出用於螢光檢測模塊供電的穩壓模塊。參見圖l、圖2,圖中描述了 ATP螢光監測裝置的外觀和內部結構。該 裝置包括由上殼1和下殼2組成的殼體，殼體上方有一個開/合的蓋子3，上 殼1作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤10;殼體內安裝有用於 螢光檢測的電路版9，螢光檢測電路版9上還安裝有液晶屏4，光電二極體 12，屏蔽罩13和避光金屬塊8，光電二極體位於避光金屬塊8內，避光金 屬塊8 —端連接有試管倉5，螢光檢測電路版9上還設置設有第一微動開關 6和第二微動開關7。所述的螢光檢測電路板9包括有控制系統(1)、螢光檢測與數據採集模 塊(11)、人機互動界面(III)、供電模塊(IV);控制系統(I)包括和微控制器24集成於一體的12位A/D轉換器、 fC總線模塊、USART模塊、JTAG模塊、液晶驅動控制模塊、可中斷I/O
模塊；通用同步和異步串行接收器和轉發器(USART)模塊與RS232接口 ll相連，用於與計算機聯機通訊，JTAG (聯合測試行動小組，是一種國際 標準測試協議)模塊通過HAG接口 23與計算機連接，I2C模塊分別有 EEPROM存儲器22和用於管理時間的實時時鐘模塊21;螢光檢測與數據採集模塊(II)連接在控制系統(I)上，包括螢光檢測 模塊20和電壓基準源19，它們分別與控制系統(I)的12位A/D轉換器連 通；屏蔽罩13覆蓋於螢光檢測電路板9上的螢光檢測模塊20的上方並與地 連接，以屏蔽外部電磁幹擾。人機互動界面(III)同樣連接在控制系統(I)上，包括第一微動開關6 和第二微動開關7、鍵盤10、蜂鳴器14、液晶屏4，其中第一微動開關6 和第二微動開關7、鍵盤10與控制系統(I)的可中斷I/0模塊連通，液晶 屏4與控制系統(I)的液晶驅動控制模塊連通；供電模塊(IV)用於裝置的供電，包括相互連接電池16、 DC/DC轉換 器17和LDO晶片18。鍵盤10為薄膜鍵盤。LDO晶片18用於將DC/DC晶片輸出電壓轉換成精度更高電壓，為熒 光檢測模塊供電。第一微動開關6為針狀按鈕式微動開關，第二微動開關7為擺杆式微動 開關。所述的光電二極體12用於將螢光的電流信號轉換為電壓信號。 RS232接口 11與計算機聯機通訊採用4針USB插座。 第一微動開關6和第二微動開關7通過蓋子3的關閉和試管插入啟動檢 測裝置。當蓋子3關閉時，蓋子3上的圓柱狀凸起頂住微動第一開關6的頂^f而 將其觸發；當試管倉5插入試管時，試管將壓下第二微動開關7的擺杆而將
其觸發。由此實現對蓋子狀態和試管插入的監測。試管倉5末端的透明觀察 窗伸入避光金屬塊8，螢光透過觀察窗，穿過避光金屬塊8內部的孔，照射到位於避光金屬塊8下方的光電二極體12，這樣可以屏蔽漏光的影響。RS232 接口 11採用的是4針MiniUSB插座，以節省有限的空間。參照圖3，採用TI公司的MSP430系列微控制器24，該微控制器集成 了用於數據採集的12位A/D轉換器，用於與PC機通訊的通用同步和異步 串行接收器和轉發器(USART)，用於與EEPROM存儲器晶片22和實時時 鐘模塊21通訊的I2C總線模塊，用於驅動和控制段式液晶的液晶驅動控制 模塊，用於鍵盤10的電路和系統狀態檢査的帶有中斷功能的I/O模塊，用 於在線編程和在線調試的JTAG模塊等。整個ATP螢光檢測系統的所有外 圍模塊都圍繞微控制器和它的片內外設而設計。圖4是螢光檢測模塊一種具體電路實施例。螢光檢測模塊檢測活微生物 體內的ATP與檢測試劑中螢光素和螢光素酶反應產生的螢光強度，通過數 據採集模塊轉換成數字量以確定ATP的含量，控制系統分析、處理並保存 數據，從而間接確定微生物的存在和含量。在該實施例中，VCC-3V是向該 模塊提供的穩定精確的供電電壓，集成運放U1提供向後兩級放大電路一個 偏置電壓，該偏置電壓通過ADin2輸出至AD轉換模塊。以U2為核心的第 一級放大電路把螢光照射光電二極體D1的電流信號轉換為電壓信號，輸出 至以U3為核心的第二級放大電路，放大後的信號經ADinl輸出至AD轉換 模塊。R5、 R6和C6構成一個低通濾波電路，以消除高頻幹擾和噪聲的影圖5是DC/DC模塊和軟開機/關機模塊的一種具體電路實例。此例中， Ul(片SP6641 )與搭配的電感Ll、肖特基二極體Dl、電容Cl構成了 DC/DC 供電模塊，其功能是將電池電壓轉換為穩定輸出的3.3V電壓，為整個系統供電。
三極體Q1、 Q2、 Q3、 Q4和若干電阻構成軟開機/關機電路，Vbat為電 池電壓，power—ctr連微控制器的輸出引腳，power—off連微控制器的可中斷 的I/0引腳。系統處於關機時，按下Power鍵使得Q2導通，於是Ql導通 使電池電壓Vbat輸出到DC/DC模塊，DC/DC模塊啟動並輸出3.3V電壓供 給微控制器，微控制器啟動並在與power—ctr連接的引腳輸出高電平使得Q3 導通，從而使Q1的導通狀態得以維持，整個系統進入正常工作狀態。如果 再按下Power鍵，則由於Q4導通而使得微控制器與power—off相連的引腳 電平由高變低，於是微控制器關機操作，使power一ctr置低電平；當Power 鍵彈起時，由於Q2、 Q3均不導通，於是Q1不導通，DC/DC模塊電池供電 被中斷而關閉，整個裝置被關閉。
權利要求1.一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，包括由上殼(1)和下殼(2)組成的殼體，其特徵在於，所述的殼體上方有一個開/合的蓋子(3)，上殼(1)作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤(10)；殼體內安裝有螢光檢測電路版(9)，螢光檢測電路版(9)上還安裝有液晶屏(4)、光電二極體(12)、屏蔽罩(13)和避光金屬塊(8)，光電二極體(12)位於避光金屬塊(8)內，避光金屬塊(8)一端連接有試管倉(5)，螢光檢測電路版(9)上還設置設有第一微動開關(6)和第二微動開關(7)。
2. 如權利要求1所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵在於， 所述的螢光檢測電路板(9)包括有控制系統(1)、螢光檢測與數據採集模 塊(11)、人機互動界面(m)、供電模塊(IV);所述的控制系統(I)包括和微控制器(24)集成於一體的12位A/D轉 換器、I2C總線模塊、通用同步和異步串行接收器和轉發器模塊、JTAG模 塊、液晶驅動控制模塊、可中斷I/0模塊；通用同步和異步串行接收器和轉發器與RS232接口 (11)相連，用於 與計算機聯機通訊，JTAG模塊通過JTAG接口 (23)與計算機連接，I2C模 塊分別有存儲器EEPROM (22)和用於管理時間的實時時鐘模塊(21);螢光檢測與數據採集模塊(II)連接在控制系統(I)上，包括螢光檢測 模塊(20)和電壓基準源(19)，它們分別與控制系統(I)的12位A/D轉 換器連通；其中螢光檢測模塊(20)的上方被與地連接的屏蔽罩(13)覆蓋， 以屏蔽外部電磁幹擾；人機互動界面(III)同樣連接在控制系統(I)上，包括第一微動開關 (6)和第二微動開關(7)、鍵盤(10)、蜂鳴器(14)、液晶屏(4)，其中 第一微動開關(6)和第二微動開關(7)、鍵盤(10)與控制系統(I)的可 中斷I/0模塊連通，液晶屏(4)與控制系統(I)的液晶驅動控制模塊連通;供電模塊(IV)用於裝置的供電，包括相互連接電池(16)、 DC/DC轉 換器(17)和低壓差線性穩壓晶片(18)。
3. 如權利要求1或2所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵 在於，所述的鍵盤(10)為薄膜鍵盤。
4. 如權利要求2所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵在於， 所述的低壓差線性穩壓晶片(18)用於將DC/DC晶片輸出電壓轉換成精度 更高電壓，為螢光檢測模塊供電。
5. 如權利要求2所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵在於， 所述的第一微動開關(6)為針狀按鈕式微動開關，所述的第二微動開關(7) 為擺杆式微動開關。
6. 如權利要求1或2所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵 在於，所述的光電二極體(12)用於將螢光的電流信號轉換為電壓信號。
7. 如權利要求2所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵在於， 所述的RS232接口 (11)與計算機聯機通訊採用4針USB插座。
8. 如權利要求1或5所述的手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，其特徵 在於，所述的第一微動開關(6)和第二微動開關(7)通過蓋子(3)的關 閉和試管插入啟動檢測裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種手持式三磷酸腺苷螢光檢測裝置，包括由上殼和下殼組成的殼體，殼體上方有一個開/合的蓋子，上殼作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤；殼體內安裝有用於螢光檢測的電路版，電路版上還安裝有液晶屏，光電二極體，屏蔽罩和避光金屬塊，光電二極體位於避光金屬塊內，則另一端連接有試管倉，電路版上還設置設有第一微動開關和第二微動開關。其控制電路包括螢光檢測模塊、數據採集模塊、人機互動界面、供電模塊和控制模塊等。螢光檢測模塊檢測活微生物體內的ATP與檢測試劑中螢光素和螢光素酶反應產生的螢光強度，通過數據採集模塊轉換成數字量以確定ATP的含量，控制系統分析、處理並保存數據，從而間接確定微生物的存在和含量。
文檔編號G01N21/00GK201034925SQ20072003147
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月3日 優先權日2007年4月3日
發明者劉家家, 張鎮西, 彭年才, 明 李, 龔大江 申請人:西安天隆科技有限公司