细菌的实时光学检测的制作方法_3

文档序号:8491574阅读:来源:国知局
当在本说明书和根据权利要求中使用时,术语"长通"涉及滤波器、波段、通带或任 何其他光谱部件意指在目标光谱的有源区上相对更短波长的衰减和相对更长波长的传输。 术语"长通"包括宽带通而不是窄带滤波器或波段。
[0149] 如在本说明书和权利要求中使用,术语"包括"意指"至少部分地由……组成"。当 在本说明书和权利要求中解释包括术语"包括(comprising) "的每个状态时,也可以存在特 征而不是由术语开始的一个或那些特征。诸如"包括"和"包含"的相关术语以相同方式解 释。
[0150] 预期对本文中公开的数值范围(例如,1至10)的参考也结合对在那个范围(例 如,1,1. 1,2,3,3. 9,4,5,6,6. 5,7,8,9和10)内所有合理数值的参考也以及在那个范围内 合理数值的任何范围(例如,2至8、1.5至5. 5、和3. 1至4. 7),因此,由此明确公开了本文 中明确公开的所有范围的所有子范围。这些仅是具体预期的实例并且在最低值和最高值之 间的数值的所有可能组合视为以类似方式在本申请中明确陈述。
[0151] 本发明在于上述并且也设想以下仅给出实例的结构。
【附图说明】
[0152] 将参考附图并且仅通过实例描述本发明的优选实施方式,其中:
[0153]图1是示出了本发明的优选形式细菌检测系统的部件的示意图,
[0154] 图2是示出了拆开后马上检测以及在室温下53个小时之后检测的13天陈肉(old meat)样品中假单胞菌的发射光谱的曲线图,
[0155] 图3是示出了在羊肉样品上细菌污染的积分光强度比和对应检测器输出的曲线 图,
[0156] 图4是示出了相对于检测器输出(x轴)在老羊肉样品表面上的假单胞菌的列举 (以cfu/cm2为单位)的图表,
[0157] 图5是在没有任何检测延迟的情况下根据本发明第二优选实施方式的渣滓物的 发射光谱的曲线图,以及
[0158] 图6是示出了在13ys的检测延迟之后第二实施方式的渣滓物的发射光谱的曲线 图。
【具体实施方式】
[0159] 1.细菌检测系统
[0160] 参考图1,示出了本发明的优选形式细菌检测系统100的示意图。系统100包括 细菌检测设备110 (在下文中"检测器"100)、光源120、光传输介质130以及准直透镜140。 系统100是光谱的并且利用细菌或其他物质(substance)或物体(matter)识别在样品或 目标产品200内或上的一个或多个细菌种类的存在。系统100通过使用来自光源120的光 束照亮样品200并响应于该照亮在检测器110上分析从样品200发射的光而运行。光传输 介质130提供光源和样品之间以及样品和检测器之间的光学通信。在优选实施方式中,光 传输介质130是光纤电缆130,更优选地是包括如将进一步更详细说明的纤维束的电缆。待 分析的样品200相邻于透镜140定位以将激发束产生到待分析的样品的区域210上。在优 选实施方式中的透镜还接收从样品发射的光并且沿朝向用于分析的检测器110的相反方 向产生发射波束。
[0161] 样品200可以来自有生命或无生命的种类或表面。例如,如在优选实施方式的情 况下,样品来自诸如肉样品、水果样品或蔬菜样品的有生命的种类。可替换地,样品200可 以是或可以来自诸如长椅、工具、设备的非生命的表面或结构或可能期望进行细菌检测的 任何其他非生命的表面。
[0162] 检测器110被布置为接收从样品200的照亮区域210发射的光并且分析发射光 谱,以通过优选地识别一个或多个细菌种类的存在、或可替换地识别表示细菌的存在或与 细菌的存在相关联的一个或多个其他物质或物体的存在而确定细菌的存在。具体地,检测 器110被布置为分析两个波段上的光谱,第一波段包含与待检测的细菌种类或其他物质或 物体的荧光性能相关联的波长,并且第二波段不包括这些波长但是也具有与第一波段重叠 的区域。通过比较所述两个波段上的发射光的光谱强度,检测器110能够识别一个或多个 细菌种类或其他物质或物质200的存在。
[0163] 本发明描述的方法和系统并非旨在限制于任何具体应用。主要用于描述本发明特 征的优选实施方式是检测在肉或其他食品样品上的细菌。然而,应注意的是,当照亮样品 时,用于检测的方法和系统能够应用于各种替换的应用中以在表现荧光性能的样品上检测 任何种类或物质或物体的存在。并非旨在从本发明的范围排除这类替换应用。
[0164] 1. 1.检测器
[0165] 在图1中示出的是本发明的优选形式检测器110的示意图。检测器110包括分束 器111、两个滤波器112和113以及与滤波器相关联的两个光电倍增管(PMT) 114和115。
[0166] 检测器110被配置为接收从样品200的照亮区域210发射的光。在优选实施方式 中,系统100使用具有与检测器110的分束器111光学耦接的发射光分支131的光缆130 传输光。电缆130优选地固定耦接至检测器110与分束器111相邻,用于将发射光传输到 分束器111。
[0167] 在工作期间,从样品200发射的光(响应于照亮)穿过朝向检测器110的光缆130 并且穿过连接分束器111的分支131。分束器111在分支131的输出部将光束A分为沿不 同方向传播的两个波束A1和A2。可以使用在光学领域已知的多个设计中的任一个形成分 束器111。
[0168] 与分束器111相邻的是两个光学滤波器112和113,被配置处于分束器111的输出 波束的光路。滤波器112和113具有不同的光学特性。换言之,滤波器112被布置为选择 性地传输第一波段内的光,滤波器113被布置为选择性地传输不同于第一波段的第二波段 内的光。在优选实施方式中,两个滤波器112和113是具有长于(或基本上等于)从光源 120传输的激发束的波长的下限截止波长的长通滤波器。滤波器112包括在其通带中与待 识别的细菌种类或其他物质或物体的荧光性能相关联的一个或多个波长,但滤波器113不 包括。换言之,滤波器113具有长于与细菌种类或其他物质或物体的荧光性能相关联的一 个或多个波长的下限截止波长。
[0169] 参考图2,例如,在优选实施方式中,检测器110被布置为检测假单胞菌细菌的存 在。当被大约405nm的光激发时,假单胞菌发荧光并发射大约497nm的光。因此,在这个优 选实施方式中的滤波器112和113具有长于405nm的下限截止波长,此外滤波器113具有 长于497nm的下限截止波长。在这个优选实施方式中,滤波器112具有450nm的下限截止 ('信号'光谱),然而滤波器113具有580nm的下限截止('基准'光谱)。
[0170] 参考图6,例如,在另一优选实施方式中,检测器110被布置为检测肉、水果或蔬菜 样品200表面上渣滓物的存在。渣滓物的存在表示在样品200上一个或多个细菌种类的存 在。当通过光激发时,叶绿素和它们的代谢产物存在于吃植物的动物的渣滓物中并且表现 出荧光性能。因此,叶绿素是检查和识别渣滓污染的适宜标志并且能够与这类样品/食品 200上细菌的存在相关联。当通过具有在350nm和650nm之间的波长的光激发时,叶绿素或 叶绿素的代谢产物以大约650-750nm的光谱波段发荧光。在这个实施方式中,滤波器112 和113具有长于或等于650nm的下限截止波长。滤波器112具有大约650nm的下限截止波 长('信号'光谱),滤波器113具有大约720nm的截止波长('基准'光谱)。
[0171] 应注意的是,针对不同细菌、物质、样品和/或应用,在不偏离本发明范围的前提 下针对滤波器112和113可以使用不同的截止频率。尤其当从离样品相对大的距离收集光 时,会减弱发射光的光致荧光强度(PL)。窄带滤波器使得在存在弱强度的情况下光发射检 测变困难。长通滤波器(与窄带滤波器相反)的使用增强了发射光的检测。
[0172] 返回参考图1,然后,从滤波器112和113传输的光被输入到两个相应的PMT114 和115。管114/115具有响应于输入的光能量输出电能的功能。换言之,PMT114和115将 从滤波器112和113传输的所接收的光束转换为电流信号。然后,PMT可以处理电流信号 或输出该信号用于外部处理。在优选实施方式中,PMT114/115确定表示其相应光谱上的 电流信号强度的电压值。通过与检测器110相关联的处理器利用并且比较PMT114/115输 出的电压,检测细菌或其他种类、物质或物体的存在。
[0173] 再次参考图2和6,每个PMT114/115将从相应的滤波器112/113接收到的PL强 度光谱转换为可表示的电流信号。两个电流信号通过处理器接收并且比较,以确定细菌、叶 绿素或物质或物体的存在。在优选实施方式中,每个PMT114/115在将相关联的PL强度光 谱转换为电流信号之后,确定该信号在其关联波段上的积分。这导致处理器的电压输出,以 比较然后基于比较检测细菌、叶绿素或其他物质或物体的存在。在优选实施方式中,处理器 确定从两个PMT114/115输出的两个电压的比。这个比与表示待识别的细菌、叶绿素或其 他物质或物体的存在的
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