专利名称：一种三磷酸腺苷的荧光检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物仪器，尤其涉及一种用于检查食品及卫生监督中三磷酸 腺苷的荧光检测装置。
背景技术：
三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate,ATP)是一切生物体新陈代谢的能量源泉， 普遍存在于一切生物细胞体内，为细胞内各种需能过程提供能量，是细胞生存的必须因素。传统测ATP的方法包括高压液相法、放射性同位素法等。其中高压液相法繁琐且 昂贵，检测时间需要30分钟以上，且不能直接测定ATP的含量，灵敏度仅为毫摩尔级；放 射性同位素方法的灵敏度高，但污染大，需要样品的防护和废弃物处理过程，不适合大量使 用。通过以ATP为能源，荧光素酶催化荧光素氧化发光，如下式
荧光索_
ATP+荧光素+02 -8 氧化荧光素+AMP+PPi+光 (1 )传统表面皿培养法测定细菌数量需要48小时，但采用荧光检测的原理进行ATP检 测，只需几分钟，甚至可以缩短为几十秒钟。因此该荧光检测方法具有速度快、灵敏度高、易 于操作的优点。近年来，采用了如下的荧光检测传感器光敏二极管(Photo-Diode，PD)，雪崩二 极管(Avalanche Photo Diode，APD)，感光成像系统(ChargeCoupled Device, CCD)或光电 倍增管(PhotomultiplienPMT)检测荧光信号，进一步检测ATP的含量，使得检测设备易于 使用。在以上荧光检测传感器中，由于PD具有可以使用较低的系统供电电压，系统所需能 耗�。寤∏桑砸訮D作为光电传感器的检测装置具有小型化、便携化和电池供电的 特点。但是，目前在以PD作为传感器的荧光检测装置中，如图1所示，为了检测微弱的荧 光信号，采用了多级放大方式对荧光信号进行放大，由于该方式器件多，存在以下问题1) 系统中会存在较多的器件噪声；2)器件多会使对于同一个荧光强度，不同机器间的检测电 压的一致性受到影响。使得现有技术的荧光测量方法中ATP检测精度都不高，一般只能达 到 l(T13mol。因此，现有技术还有待改进和发展。 发明内容本实用新型的目的在于，针对现有技术的上述缺点，提供了一种成本低、具有更高 检测精度的用于检测三磷酸腺苷含量的荧光检测装置。本实用新型的技术方案是一种三磷酸腺苷的荧光检测装置，包括计算控制�？椋渲校拱ㄒ来瘟拥挠� 光检测�？�、荧光采集�？楹托藕糯淠？椋黄渲校琜0013]所述荧光检测模块，用于通过光伏接法获取被测三磷酸腺苷与荧光素反应发出的 荧光信号，并将所述荧光信号通过一级IV转化转成电信号；所述荧光采集模块，用于采用工作在差分输入模式的AD采样器采样所述电信号；所述信号传输�？橛胨黾扑憧刂颇？榱樱糜诮鲇獠杉？椴裳牡� 信号发送到所述计算控制�？椋凰黾扑憧刂颇？椋糜诟菟霾裳牡缧藕牛扑惴治霰徊馊姿嵯佘蘸�。所述的荧光检测装置，其中，还包括电子开关�？椋龅缱涌啬？榱铀黾� 算控制�？椋糜诟鲇饧觳饽？楹陀獠杉？樘峁┪榷ǖ墓ぷ鞯缪梗⒃谟饧� 测装置开盖时，切断所述荧光检测�？楹陀獠杉？榈牡缭�。所述的荧光检测装置，其中，所述荧光检测模块包括光电二极管和一运算放大器， 所述光电二极管并联在所述运算放大器的两输入端；所述光电二极管的正极通过第一 RC并联网络接参考电压；所述光电二极管的负极通过第二 RC并联网络接所述运算放大器的输出端。所述的荧光检测装置，其中，所述荧光采集�？榘üぷ饔诓罘质淙肽Ｊ降腁D采 样器；所述AD采样器的正差分输入端通过第一保护电阻(R4)连接所述运算放大器的输 出端；所述AD采样器的负差分输入端通过第二保护电阻(R5)连接所述运算放大器的同 相输入端；所述AD采样器的两差分输入端之间连接有低通滤波网络，用于滤除所述电信号 中的高频成分。所述的荧光检测装置，其中，所述低通滤波网络的3DB截至频率为10Hz。所述的荧光检测装置，其中，所述低通滤波网络由第六电阻(R6)和第三电容(C3) 组成。所述的荧光检测装置，其中，所述第一保护电阻(R4)和第二保护电阻(R5)的阻值 小于第六电阻(R6)。本实用新型所提供的三磷酸腺苷荧光检测装置，由于只用了一级IV转化就可以 实现荧光到电压信号的转化，减少了系统元件，降低了系统噪声和不一致性；同时采用高分 辨率的采样器件实现了更高的检测精度，使得检测精度可以达到10_15mol，提高了 ATP的检 测精度，克服了现有技术中在ATP浓度低时存在的假阳性现象；并且降低了成本。
图1是现有技术传统的荧光检测电路结构示意图；图2是本实用新型实施例的荧光检测仪的总体结构框架图；图3是本实用新型实施例的荧光检测�？榈囊恢志咛迨迪值缏吩硗迹煌�4是本实用新型实施例的荧光检测�？榈缏酚胗獠裳？榈缏妨油迹煌�5是本实用新型实施例的电子开关电路。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施 例对本实用新型进一步详细说明。本实用新型实施例的用于检测三磷酸腺苷含量的荧光检测装置，如图2所示，其 包括计算控制模块200，还包括依次连接的荧光检测模块130、荧光采集�？�120和信号传 输�？�110。其中，荧光检测�？�130通过光伏接法获取被测三磷酸腺苷与荧光素反应发出 的荧光信号，并将所述荧光信号通过一级IV转化转成电信号。荧光采集�？�120用于采用 差分输入方式采样所述电信号。信号传输�？�110用于将所述荧光采集�？椴裳牡缧藕� 发送到所述计算控制�？�。计算控制�？�200用于根据所述采样的电信号，计算分析被测 三磷酸腺苷含量。为了减少器件产生的噪声和漂移影响，应尽量在前端采用较少的器件实现荧光信 号的获取。本实施例中，荧光检测�？�130的一种具体实现电路原理图如图3所示，其包括 光电二极管PD和运算放大器TO，光电二极管PD并联在所述运算放大器的两输入端。光电 二极管PD的正极通过第一 RC并联网络接参考电压Vref ；光电二极管PD的负极通过第二 RC并联网络接所述运算放大器的输出端。其中第二 RC并联网络由第一电阻Rf和第一滤波 电容C1组成，第一 RC并联网络由第二电阻R2和第二滤波电容C2组成。由于采用光电二极PD管作为微弱ATP荧光检测的传感器元件，并采用了光伏接 法，在此接法中光电二级管PD两端的偏置电压为零。在光伏模式时，增益较�。獾缍� PD可以非常精确地线性工作，此时输出电压
(1)为了可以分辨荧光的微小变化，采用高分辨率的AD采样器件，在器件的选择上考 虑具有分辨率高、输入阻抗大、抗干扰能力强的特点，可以实现荧光信号的微小分辨。本实 施例中，荧光采集模块120与荧光检测�？�130电路连接图如图4所示，其中荧光采集�？� 电路120包括工作于差分输入模式的AD采样器；AD采样器的正差分输入端(如图4所示 的AIN+)通过第一保护电阻R4连接所述运算放大器的输出端；AD采样器的负差分输入端 (如图4所示的AIN-)通过第二保护电阻R5连接所述运算放大器的同相输入端；AD采样器 的两差分输入端之间(AIN+，AIN-)连接有低通滤波网络，用于滤除所述电信号中的高频成 分。由上可见，在本实施例中IV转换之后直接用高分辨率的采样器件，比图1所示的 现有技术传统的荧光检测电路，精减了一级放大电路，且可达到更好的检测效果。本实用新 型只用了一级IV转化就可以实现荧光到电压信号的转化。这样，就可以克服器件多产生的 噪声和不一致性，进而提高系统检测的一致性。由于被测三磷酸腺苷与荧光素反应发出的荧光信号为低频缓变信号，本实施例中， C1,C2是滤波电容，由第六电阻R6和第三电容C3组成低通滤波网络，其3DB截止频率选择为 10Hz。其中，第一保护电阻R4和第二保护电阻R5为限流保护电阻，其阻值远小于R6。其中，AD采样器选择考虑具有高的输入阻抗，高的分辨率，在实现中采用了 E -A 型24位AD采样器，并且AD采样器工作于差分输入模式，此时AD采样器的输出为AD— = '"+224 ‘“ * (Kef+ — Kef-),，、
5 由式(7)可以看到，荧光采集模块电路采样回来的数据与电阻Rf、R2和VDDA相关， 在荧光检测�？椴糠挚刹捎醚≡窬群玫牡缱�&和R2和良好的电路布板工艺，以减少漏 电流的影响。在电路中控制VDDA的精度就可以使AD采样器的输出如实的跟踪荧光的微弱 变化，达到好的采样精度和灵敏度。实现VDDA的精度的措施可以采用性能指标很好的低压 差线性稳压处理器件(LD0)。由于被测三磷酸腺苷与荧光素反应发出的荧光信号光强十分微弱，在荧光检测装 置开盖插入拭子棒时，在光电二极管PD上就会感应出光电流；此时光电流就会在电路中产 生电流的充放电效应，由于在检测�？榈缏分写嬖诤芨叩淖杩购头植嫉缛荩龇诺缡奔� 常数就会很大，此电流就会造成对荧光电流的影响。因此，本实用新型实施例中的荧光检测装置，还采用电子开关�？槔此醵痰缌餍� 放的时间。其中，所述电子开关模块140，如图2所示，该电子开关�？�140连接所述计算控 制�？�200，用于给荧光检测�？�130和荧光采集�？�120提供稳定的工作电压，并在荧光 检测装置开盖时，切断荧光检测�？�130和荧光采集�？�120的电源，这样，就缩短了电流 泻放的时间，降低了非荧光的杂散光的干扰。可通过采用计算控制�？�200的引脚PC0控制低压差线性稳压器的控制端来实 现本实施例的电子开关�？椋缤�5所示，当PC0的输出管脚配置为高电平时，线性稳压器 SPX5205M5-30工作于正常模式，OUT输出正常的3V电压，该电压为荧光检测�？楹陀獠� 集�？楣┑纾梢允迪侄杂庑藕诺募觳夂筒杉坏盤C0的输出管脚配置为低电平时，此线 性稳压器处于未选通状态，OUT输出电压为0，此时荧光检测�？楹陀獠杉？槊挥泄┑� 电压，在图4中，光电二极管PD两端的并联电阻和分布电容达到最�。庋涂梢允沟肞D 感应的光电流得到很快的泄放。计算控制模块200则根据本实施例的荧光检测装置的盖的开闭控制PC0端的输 出。当拭子放入，舱盖闭合时，PC0的输出管脚配置为高电平，电子开关闭合，荧光检测�？� 和荧光采集�？榈牡缪够指矗琍D的感应电流就可以在Rf和AD的回路中流过，流向为从Rf 流向PD流向R2，此时，感应电压如式(3)表达。当舱盖打开，未放入拭子时，PC0的输出管 脚配置为低电平，电子开关打开，荧光检测�？楹陀獠杉？槊挥泄┑绲缪梗琍D感应的电 流就不能在Rf和AD的回路中流过，此光电流就不会在Rf上产生影响，因此，可以降低非荧 光的杂散光干扰。本实用新型实施例所提供的三磷酸腺苷荧光检测装置，由于只用了一级IV转化 就可以实现荧光到电压信号的转化，减少了系统元件，降低了系统噪声和不一致性；同时 采用高分辨率的采样器件实现了更高的检测精度，使得检测精度可以达到10_15mOl，提高了 ATP的检测精度，克服了现有技术中在ATP浓度低时存在的假阳性现象；并且降低了成本。本实用新型的三磷酸腺苷荧光检测装置，可应用于食品及卫生监督中的微生物检查，包括 食品、饮品及空气卫生检测中细菌总数的现场测定；也可被用于企业自检；还可供工商、质 检、检疫、环保等单位用于卫生学监控。 应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来 说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权 利要求的保护范围。
权利要求一种三磷酸腺苷的荧光检测装置，包括计算控制�？椋涮卣髟谟冢拱ㄒ来瘟拥挠饧觳饽？�、荧光采集�？楹托藕糯淠？椋黄渲校鲇饧觳饽？椋糜谕ü夥臃ɑ袢”徊馊姿嵯佘沼胗馑胤从Ψ⒊龅挠庑藕牛⒔鲇庑藕磐ü患禝V转化转成电信号；所述荧光采集�？椋糜诓捎霉ぷ髟诓罘质淙肽Ｊ降腁D采样器采样所述电信号；所述信号传输�？橛胨黾扑憧刂颇？榱樱糜诮鲇獠杉？椴裳牡缧藕欧⑺偷剿黾扑憧刂颇？椋凰黾扑憧刂颇？椋糜诟菟霾裳牡缧藕牛扑惴治霰徊馊姿嵯佘蘸�。
2.如权利要求1所述的荧光检测装置，其特征在于，还包括电子开关�？椋龅缱涌� 关�？榱铀黾扑憧刂颇？椋糜诟鲇饧觳饽？楹陀獠杉？樘峁┪榷ǖ墓ぷ� 电压，并在荧光检测装置开盖时，切断所述荧光检测�？楹陀獠杉？榈牡缭础�
3.如权利要求1所述的荧光检测装置，其特征在于，所述荧光检测�？榘ü獾缍� 管和一运算放大器，所述光电二极管并联在所述运算放大器的两输入端；所述光电二极管的正极通过第一 RC并联网络接参考电压；所述光电二极管的负极通过第二 RC并联网络接所述运算放大器的输出端。
4.如权利要求3所述的荧光检测装置，其特征在于，所述荧光采集�？榘üぷ饔诓� 分输入模式的AD采样器；所述AD采样器的正差分输入端通过第一保护电阻(R4)连接所述运算放大器的输出端；所述AD采样器的负差分输入端通过第二保护电阻(R5)连接所述运算放大器的同相输 入端；所述AD采样器的两差分输入端之间连接有低通滤波网络，用于滤除所述电信号中的 高频成分。
5.如权利要求4所述的荧光检测装置，其特征在于，所述低通滤波网络的3DB截至频率 为 10Hzo
6.如权利要求4所述的荧光检测装置，其特征在于，所述低通滤波网络由第六电阻 (R6)和第三电容(C3)组成。
7.如权利要求6所述的荧光检测装置，其特征在于，所述第一保护电阻(R4)和第二保 护电阻(R5)的阻值小于第六电阻(R6)。
专利摘要本实用新型公开了一种三磷酸腺苷的荧光检测装置，所述的装置包括计算控制�？椋耙来瘟拥挠饧觳饽？�、荧光采集�？楹托藕糯淠？椋煌ü夥臃ɑ袢”徊馊姿嵯佘沼胗馑胤从Ψ⒊龅挠庑藕牛鲇庑藕磐ü患禝V转化转成电信号；采用差分输入方式采样电信号并计算分析被测三磷酸腺苷含量。本实用新型所提供的三磷酸腺苷荧光检测装置，由于只用了一级IV转化就可以实现荧光到电压信号的转化，减少了系统元件，降低了系统噪声和不一致性；同时采用高分辨率的采样器件实现了更高的检测精度，使检测精度可以达到10-15mol，提高了ATP的检测精度，克服了现有技术中在ATP浓度低时存在的假阳性现象；并且降低了成本。
文档编号G01N21/01GK201607408SQ200920260929
公开日2010年10月13日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者刘逸秋, 叶慧, 吴维哲, 张小辉, 曹妮妮, 谭晓辉 申请人:深圳市朗石生物仪器有限公司
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