专利名称：维生素荧光检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物检测技术领域，涉及一种用于维生素荧光检测的荧光采集装置。
技术背景 营养是一个国家经济发展的标志之一。我国改革开放以来，经济发生了很大的变 化。随着经济的发展，以及卫生事业的进步，在我国低蛋白性疾病、缺铁性疾病及缺钙性疾 病都得到不同程度的纠正。但是，营养性疾病依然困扰着我国人民。2002年中国居民营养与 健康状况调查表明，我国居民的维生素A、Bi、B2、C摄入不足，儿童生长发育迟缓率14.3%、 3-12岁维生素A边缘缺乏率为45. 1%。其中尤其维生素A缺乏是目前世界上主要的营养缺乏性疾病之一，已被世界儿童 首脑会议列入重点解决的儿童健康问题。维生素A具有维持正常生长、生殖、视觉和抗感染 的功能，严重缺乏时可以降低儿童的抗感染功能，导致儿童呼吸道和消化道感染性疾病的 发生率上升。这两类疾病是目前威胁我国儿童健康的主要原因之一；叶酸的缺乏可以导致 婴儿神经管畸形的发生，直接影响了出生人口的素质。目前虽然有很多种维生素检测技术，但由于检测设备，检测方法，检测需要的样本 量以及准确度等诸多因素限制，还不能适应临床广泛应用，严重阻碍了我国维生素缺乏评 价及干预工作的广泛开展。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于维生素荧光检测用的 荧光采集装置，以满足临床应用的需要。为此，本实用新型采用如下的技术方案。—种维生素荧光检测系统，包括光源、载有试剂的微孔板、信号采集装置、信号处 理电路和微处理器，所述的微孔板放置在扫描装置上；所述的扫描装置受微处理器的控制， 能够沿着水平及垂直方向运动；所述光源为卤素灯，其产生的光通过波长为345nm窄带滤 光片生成紫外激发光；所述信号采集装置包括窄带滤光片、光纤、聚光透镜、荧光过滤片和 光电倍增管，所述的光纤为Y型传导光纤，其公共端口靠近所述微孔板，一个分叉端口与所 述光源相连，紫外激发光经过Y型传导光纤传输和聚光透镜后照射在置于微孔板的试剂 上，由试剂所激发的485nm波长的荧光从Y型传导光纤的另一个分叉端口传出，并经荧光过 滤片过滤后，被送入光电倍增管；所述的信号处理电路用于将所述的光电倍增管检测的荧 光信号转换成电信号，并对该电信号处理后送入微处理器。作为优选实施方式，所述的Y型传导光纤为石英玻璃光纤，其传输光源发射的紫 外光的支路为石英光纤，而对荧光信号传输支路为玻璃光纤。所述的信号处理装置包括包 括反相处理电路、甄别放大处理电路以及微处理器和A/D转换电路，由所述的光电倍增管 输出的电信号经过反相处理电路后被送入甄别放大处理电路；所述甄别放大处理电路包括门限电路、开关电路、10倍放大电路、1倍放大电路和1/10倍放大电路，所述门限电路通过 两个电压比较器，产生9V和0. 9V两个门限电压信号，该两个信号同时分别被送入微处理器 和开关电路，由开关电路根据两个门限电压信号选通10倍放大电路、1倍放大电路和1/10 倍放大电路中的一个电路；所述甄别放大处理电路的输出经过A/D转换电路后被送入微处
理器。 本实用新型具有以下的技术效果(1)设计简单、价格低廉，检测准确和快速；(2) 本系统采用的Y型石英玻璃光纤，其对紫外光信号传输支路采用的是石英光纤，而对荧光 信号传输支路采用的是玻璃光纤。这种光纤结构刚好符合了本系统的设计要求。因为对于 波长较小的紫外光，频率较高，其对传输介质的要求也比较高，故此采用石英光纤来进行传 输，而对于波长较长的荧光，其频率较低，所以对传输介质的要求也比较高，故此采用玻璃 光纤来进行传输。(3)本实用新型根据光电倍增管输出的电信号的大小，设计了一种信号甄 别放大处理电路，使信号在进入A/D转换器时符合其模拟输入的范围要求，并符合维生素 荧光信号检测的精度要求。
图1维生素荧光检测系统原理。图2本实用新型的荧光信号采集和检测原理图。图3本实用新型的信号处理电路结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的维生素荧光检测系统做进一步说明。整个维生素荧光检测系统工作原理如图1所示。包括光源、载有试剂的微孔板、扫 描装置、信号采集装置、信号处理电路和微处理器。以卤素灯作为光源，卤素灯通过波长为345nm窄带滤光片6生成的紫外激发光，经 过光纤照射在制备好的试剂上面。由于特制的试剂中含有不同浓度的荧光物质，所以会激 发出不同强度的荧光，该荧光经光纤传输送到光电倍增管，由光电倍增管采集的电信号被 送入信号处理电路中，进行进一步的放大处理。该系统中，光源是固定不动的，所以需要样品的实际移动来实现扫描。本实用新型 设计了机械扫描装置，它的主要作用是存放装有样品试剂的微孔板，并使放在托架上的微 孔板在步进电机的带动下沿着水平及垂直方向运动。扫描过程的实现，依赖于扫描装置的 设计和控制。扫描装置的核心部件是2个三相反应式步进电机，扫描框架通过皮带固定在 步进电机的轴上，它的运行由步进电机的运行带动。另一方面，光电倍增管所检测到的信号 经过一定的硬件电路处理后，被送入微处理器中，进行进一步的处理和分析。最终的结果由 微处理器输出。作为整个维生素荧光检测系统的控制核心，微处理器的作用不可忽视。它控制着 光源、各种功能实现部件的运行；实现各类传感器的控制检测；进行信号处理；并且通过对 步进电机的驱动和控制，带动扫描机构沿水平和垂直方向运行，从而完成扫描任务。本实用新型荧光的采集装置主要包括光源1、窄带滤光片6、光纤2、聚光透镜3、荧 光过滤片4和光电倍增管5。光源1产生光能量，就是信息载波；光电倍增管5检出光能量，并且把它变换成为电的形式；光纤2用来传导光能。具体的荧光信号采集和检测原理如图 2。光源1采用光源 为卤素灯通过波长为345nm窄带滤光片6生成的紫外激发光，由 其发射出来的紫外光经过光纤2传输和聚光透镜3后照射在微孔板的样品上。样品中含有 经萃取的维生素样品，所以，在紫外光的照射下，可以激发出波长为485nm左右的荧光，荧 光信号经光纤2传输送入光电倍增管5，以便进行下一步的处理。对于光纤系统而言，发光二极管是一种重要的光源，它发生的辐射具有相当窄的 频谱范围，并且还具有足够输出功率和有效功率转换效率。本装置所用的光纤2是Y型石 英玻璃光纤，其对紫外光信号传输支路采用的是石英光纤，而对荧光信号传输支路采用的 是玻璃光纤。这种光纤结构刚好符合了本系统的设计要求。因为对于波长较小的紫外光， 频率较高，其对传输介质的要求也比较高，故此采用石英光纤来进行传输，而对于波长较长 的荧光，其频率较低，所以对传输介质的要求也比较高，故此采用玻璃光纤来进行传输。本实用新型的信号处理电路见图3，本实用新型在光电倍增管和A/D转换器的输 入端之间加一个信号甄别放大处理电路，使信号在进入A/D转换器时符合其模拟输入的范 围要求。为此可以根据信号的大小，将信号分为三类，分类参考点电压分别是0.9V和9V。 这样，光电倍增管的输出信号就被分为小于0. 9伏、大于0. 9伏小于9伏以及大于9伏三 类。对于属于不同范围的信号，尤其是在A/D转换器的模拟输入范围之外的信号，希望通过 对其做适当的放大处理，使其处于A/D转换器的模拟输入范围之内。因此，对于小于0. 9伏 的信号，可令其增益为10 ；对于大于0.9伏而小于9伏的信号，可令其增益为1 ；对于大于9 伏的信号，可令其增益为1/10。这样，电路的总输出Vo的范围就在0 IOV之内，满足AD 的模拟输入要求。信号甄别放大处理电路按功能可分为两部分，前面部分电路是一个包括UlA和 UlB两个电压比较器的门限电路。通过调解输入电阻，使UlA的负输入端为9V，而UlB的正 输入端为0.9V。那么，输入信号所属的范围就可以由门限电路的输出信号A、B来确定。信 号A、B—方面送入微处理器，用来标识所选取的增益；另一方面信号A、B还作为双四选一 开关芯片4052的开关信号，用以决定电路的输出Vo选择哪一路增益。后面部分电路是三 组不同增益的放大器，其大小分别是10，1和1/10。对于不同大小的输入信号，经过门限电 路的判断后，就可以选择通过双四选一开关芯片4052的那一路输出了。门限电路的输出电压经过电阻分压后进入74LS08。LM324的输出电压是在一个范 围内波动的，为了保护微处理器的I/O 口不因电压波动而损坏，所以需要接一个74LS08将 波动的电压变成稳定的电平。还需要注意的一点是，74LS08工作电压是5V，因此74LS08的 输入信号的大小不能超过5V，为此在它的前面加一个分压电路以保护74LS08。双四选一开关芯片4052后面的运算放大器LM324承担放大器和跟随器的作用。 由于跟随器的电压放大倍数小于1但是近于1，输入电压与输出电压相同，并且输入电阻高 而输出电阻低，所以对于增益为1及1/10的电路，采用跟随器输出。对于增益为1/10的电 路，其增益的实现是通过电阻分压实现的，而不是通过放大器实现的，由于后面所接的4052 的工作电压是12V，所以其输入信号的大小不能超过这个值，因此，利用电阻分压还可以保 护4052，使其输入值不会超出范围。[0026]理论上讲，如果输入信号小于等于0. 9V，那么此时的信号增益就是按照10来计算 的，如果信号介于0.9V到9V，那么此时的信号增益就是按照1来计算。当信号大于等于9V 的时候，则增益按照1/10来计算。当信号处于临界点附近时，究竟增益值应该按照哪一个 来计算？这是由范围识别标志信号A、B的取值来确定的。例如，当信号为0.9V时，如果A =0、B = 0，那么增益值取1 ；如果A = 0、B = 1，那么增益值取10。因为信号值最终会被 微处理器还原到初始值，所以，这样处理丝毫不会影响最终的结果在实际处理的时候，微处理器所处理的增益值是由实验来确定的，而并不是按照 理论计算得到的理想值。为了提高系统精度，微处理器在对该增益值进行处理时，可以利用 软件对该值加以修正，以期达到更高的精度。因为光电倍增管内置负高压，它的输出电压为负值，而后面的放大电路要求的输 入信号为正值，所以在信号进行放大处理之前，需要加一个反相处理电路。由于在信号放大处理电路中，运算放大器的工作电压为正值，而光电倍增管的输 出电压为负值，为此在信号进入甄别放大处理电路前，需要经过一个反相处理电路，使光电 倍增管的输出信号符合下一级电路的输入要求，增益值Ak = -1。
权利要求一种维生素荧光检测系统，包括光源、载有试剂的微孔板、信号采集装置、信号处理电路和微处理器，其特征在于，所述的微孔板放置在扫描装置上；所述的扫描装置受微处理器的控制，能够沿着水平及垂直方向运动；所述光源为卤素灯，其产生的光通过波长为345nm窄带滤光片生成紫外激发光；所述信号采集装置包括窄带滤光片、光纤、聚光透镜、荧光过滤片和光电倍增管，所述的光纤为Y型传导光纤，其公共端口靠近所述微孔板，一个分叉端口与所述光源相连，紫外激发光经过Y型传导光纤传输和聚光透镜后照射在置于微孔板的试剂上，由试剂所激发的485nm波长的荧光从Y型传导光纤的另一个分叉端口传出，并经荧光过滤片过滤后，被送入光电倍增管；所述的信号处理电路用于将所述的光电倍增管检测的荧光信号转换成电信号，并对该电信号处理后送入微处理器。
2.根据权利要求1所述的维生素荧光检测系统，其特征在于，所述的Y型传导光纤为石 英玻璃光纤，其传输光源发射的紫外光的支路为石英光纤，而对荧光信号传输支路为玻璃 光纤。
3.根据权利要求1所述的维生素荧光检测系统，其特征在于，所述的信号处理装置包 括包括反相处理电路、甄别放大处理电路以及微处理器和A/D转换电路，由所述的光电倍 增管输出的电信号经过反相处理电路后被送入甄别放大处理电路；所述甄别放大处理电路 包括门限电路、开关电路、10倍放大电路、1倍放大电路和1/10倍放大电路，所述门限电路 通过两个电压比较器，产生9V和0. 9V两个门限电压信号，该两个信号同时分别被送入微处 理器和开关电路，由开关电路根据两个门限电压信号选通10倍放大电路、1倍放大电路和 1/10倍放大电路中的一个电路；所述甄别放大处理电路的输出经过A/D转换电路后被送入 微处理器。
专利摘要本实用新型属于生物检测技术领域，涉及一种维生素荧光检测系统，包括光源、载有试剂的微孔板、信号采集装置、信号处理电路和微处理器，微孔板放置在扫描装置上；所述的扫描装置受微处理器的控制，能够沿着水平及垂直方向运动；光源为卤素灯，其产生的光通过波长为345nm窄带滤光片生成紫外激发光；信号采集装置包括窄带滤光片、光纤、聚光透镜、荧光过滤片和光电倍增管，信号处理电路用于将所述的光电倍增管检测的荧光信号转换成电信号，并对该电信号处理后送入微处理器。本实用新型具有设计简单、价格低廉，检测准确和快速的优点。
文档编号G01N21/64GK201724904SQ20102004325
公开日2011年1月26日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者岳胜, 王学民, 王联 申请人:芜湖圣美孚科技有限公司