专利名称：一种细菌流动计数检测的仪表装置和方法
技术领域：
本发明涉及生物医学检测技术领域，是一种细菌流动计数检测的仪表装置和方 法，可实现对细菌的特异性高灵敏度快速检测，尤其适用于致病菌快速检测。
背景技术：
致病菌检测一直是公共安全紧急事件处理、生化反恐以及安全侦察领域内的重要 内容。它严重危害人们的生命健康造成重大经济损失。据世界卫生组织公布的信息表明， 全球每年发生食源性疾病达到数十亿例，全球每年因食源性致病菌污染引起的腹泻而死亡 的0-15岁儿童约170万。即使在发达国家至少有1/3的人患食源性疾病。美国每年发生 食源性疾病约7600万人，其中5000人死亡。每年由食源性疾病感染所产生的医疗费和损 失达350亿美元。某些强致病菌如炭疽、鼠疫等，如被用于恐怖袭击将会造成更大的人身伤 亡和损失。大肠杆菌是最为普遍的致病菌，对人体健康具有极大的威胁，如大肠杆菌0157 H7在1982年首先被发现，1999年在我国大规模爆发。大肠杆菌是人和温血动物肠道内普遍 存在的细菌，是粪便中的主要菌种，人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛、呕吐、腹泻和发热。 感染可能是致命性的，尤其是对孩子及老人。据统计在美国，每年有73000人感染大肠杆菌 的病原性毒株，而检测大肠杆菌一般化验需要24小时左右。而像炭疽之类的细菌如被用于 恐怖袭击，则会造成不可估量的人身伤亡和损失，一份由(美国政府)科技评价办公室1993 年完成的研究报告表明一架飞机所运载的100公斤炭疽苗——一种处于休眠状态的芽孢 杆菌可在人体体内迅速繁殖——可以烟雾的形式出现在华盛顿特区宁静的夜空，产生出毒 素并使中毒者迅速发生大出血，最后可以夺去100万至300万条人命。这相当于一架飞机 运载1000公斤沙林毒气所能造成的人员伤亡数量的300倍。传统的细菌检验方法灵敏度高，费用低，能够得到样品中细菌数量和特性等方面 的定性及定量结果。但是传统的检测方法耗时费力，获得结果通常需要几天的时间，并且要 求所要检测的细菌增殖为可见菌落。无论人们的日常生活还是应对恐怖袭击等突发公共事 件，都迫切需要一种快速高灵敏度的致病菌检测方法。国内外均有相关机构开展细菌快速检测方法相关研究。研究方法主要有ATP生物 发光法，PCR方法等。但是这些方法一般都要使用包括PCR分析仪在内的多种仪器，操作步 骤较为繁琐，不利于现场快速检测。市场上有一些基于ATP生物发光法的细菌快速检测仪 器，但这种方法的缺点是对细菌检测不具有特异性，通常只用来检测细菌总数。
发明内容
本发明提供一种细菌流动计数检测的仪表装置和方法，该仪表装置，采用荧光量 子点标记法，内置玻璃微沟道及流动系统，集成激光激发技术及微弱光检测技术，可实现对 细菌的特异性高灵敏度快速检测，尤其适用于致病菌的快速检测。该方法使用荧光量子点 探针标记被测菌样，细菌进入流动系统，单个通过微沟道，在激发光作用下，检测发射光光
3强，其完成一次检测最短不超过15分钟，与现有培养法相比具有很大的优势。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种细菌流动计数检测的仪表装置，其包括主控计算单元、模数转换信号处理电 路、信号放大电路、驱动控制电路、光电倍增管、激光二极管、滤光片以及微沟道和流动系 统；其中，主控计算单元分别与模数转换信号处理电路、驱动控制电路、显示、存储、通信、按 键控制功能模块和电源模块直接电连接；驱动控制电路与激光二极管，光电倍增管直接电 连接；光电倍增管顺序经信号放大电路、模数转换信号处理电路与主控计算单元输入端电 连接；激光二极管置于微沟道上方，用于产生激发光，光电倍增管设于微沟道侧面，隔滤 光片检测发射光；微沟道分别与激光二极管、光电倍增管垂直；微沟道外接流动系统，与流动系统相通连，为被测样品溶液流动通过微沟道提供 动力，流动系统与驱动控制电路电连接，受主控计算单元控制。所述的仪表装置，其所述激光二极管的峰值波长在300-450纳米范围内，波谱宽 度10-20纳米；或为峰值波长在300-450纳米范围内，波谱宽度10-20纳米的发光二极管。所述的仪表装置，其在激光二极管和微沟道之间设置聚光透镜或光纤，以提高激 发光的激发效率。所述的仪表装置，其所述在光电倍增管和微沟道之间的滤光片有1-2片，用于滤 除激发光对发射光检测的干扰；在微沟道与光电倍增管之间设置聚光透镜，提高光电倍增 管对发射光的检测效率。所述的仪表装置，其所述微沟道为玻璃微沟道，其直径为10-20微米，即可保证细 菌顺利通过，又可使其尽可能单个通过，提高检测灵敏度。一种所述的仪表装置的检测方法，其使用荧光量子点探针标记被测菌样，细菌进 入流动系统，单个通过微沟道，在激光二极管的激发光作用下发光，光电倍增管检测发射光 光强，实现对细菌的特异性高灵敏度快速检测。所述的检测方法，其包括步骤A)根据需要检测的细菌，选取特定的量子点标记过的抗体探针，被测细菌样品与 量子点标记过的抗体探针偶联，反应时间为5-30分钟，根据温度适当调整反应时间，反应 结束后加入仪器装置进样口；B)由主控计算单元经驱动控制电路控制流动系统驱动量子点探针标记好的细菌 样品通过微沟道；C)经3-10秒钟，待样品流动速度稳定后，由主控计算单元经驱动控制电路启动激 光二极管发射激发光，同时由主控计算单元经驱动控制电路启动光电倍增管检测发射光信 号；D)光电倍增管输出的电流信号，经信号放大电路、模数信号转换信号采集电路，转 换成数字电压信号，反馈给主控计算单元；E)主控计算单元根据信号大小结合预定算法判断是否有细菌通过，统计通过的细 菌数目，计算出被测细菌个数，并控制测试结果的存储、显示和通信传输。所述的检测方法，其所述A)步中，量子点标记过的抗体探针为利用量子点和需要 被测的细菌的特异性抗体偶联制得，作为反应试剂配合仪器使用。
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所述的检测方法，其所述C)，D)两步中，所用检测时间为2-10分钟。本发明，采用荧光量子点标记方法及流动计数方法，实现细菌高灵敏度特异性快 速检测，最短可在15分钟内完成一次测量，得到可靠结果，与现有培养法相比，操作方便， 检测时间大大缩短。
图1为本发明细菌快速检测仪表装置结构和流程框图；图2为本发明方法的细菌快速检测过程示意图；图3为本发明方法的细菌快速检测原理图。
具体实施例方式下面参照附图详细说明本发明。如图1所示，该高灵敏度细菌特异性快速检测装置内置玻璃微沟道8和流动系统 14，还包括主控计算单元1、模数转换信号处理电路11、信号放大电路10、驱动控制电路12、 光电倍增管9、激光二极管7和滤光片13 ；其中，主控计算单元1分别与模数转换信号处理 电路11、驱动控制电路12、显示3、存储4、通信6、按键控制功能模块5和电源模块2直接电 连接；驱动控制电路12与激光二极管7，光电倍增管9直接电连接；光电倍增9管顺序经信 号放大电路10、模数转换信号处理电路11与主控计算单元1输入端电连接。激光二极管7置于玻璃微沟道8上方，用于产生激发光，光电倍增管9设于玻璃微 沟道8侧面，用于检测发射光，玻璃微沟道8与激光二极管7和光电倍增管9平面垂直。玻璃微沟道8外接流动系统14，为被测样品溶液流动通过玻璃微沟道提供动力。 流动系统14与驱动控制电路12电连接，受主控计算单元1控制。量子点标记过的细菌流动通过玻璃微沟道8时，在激光二极管7发出的激发光作 用下，产生较强的发射光信号，光电倍增管9检测发射光信号，转换成电信号输出，经信号 放大电路10，模数转换信号处理电路11转换成数字信号，输入到主控计算单元1，主控计算 单元1根据预设算法判断是否有被测细菌通过，统计计数，得出检测结果。如图2所示，描述了该装置进行细菌特异性快速检测的过程。首先根据需要检测 的细菌，选取特定的量子点标记过的抗体探针，被测细菌样品与量子点标记过的抗体探针 偶联，反应时间为5-30分钟，根据温度适当调整反应时间，反应结束后加入仪器装置进样 口。由主控计算单元经驱动控制电路控制流动系统驱动量子点探针标记好细菌样品通过玻 璃微沟道。经3-10秒钟，待样品流动速度稳定后，由主控计算单元经驱动控制电路启动激 光二极管发射激发光，同时由主控计算单元经驱动控制电路启动光电倍增管检测发射光信 号。输出的电流信号，经信号放大电路、模数信号转换信号采集电路，转换成数字电压信号， 反馈给主控计算单元。主控计算单元根据信号大小结合预定算法判断是否有细菌通过，统 计通过的细菌数目，计算出被测细菌个数，并控制测试结果的存储、显示和通信传输。本发明方法的具体步骤为A)根据需要检测的细菌，选取特定的量子点标记过的抗体探针，被测细菌样品与 量子点标记过的抗体探针偶联，反应时间为5-30分钟，根据温度适当调整反应时间，反应 结束后加入仪器装置进样口；
B)由主控计算单元经驱动控制电路控制流动系统驱动量子点探针标记好的细菌 样品通过微沟道；C)经3-10秒钟，待样品流动速度稳定后，由主控计算单元经驱动控制电路启动激 光二极管发射激发光，同时由主控计算单元经驱动控制电路启动光电倍增管检测发射光信 号；D)光电倍增管输出的电流信号，经信号放大电路、模数信号转换信号采集电路，转 换成数字电压信号，反馈给主控计算单元；E)主控计算单元根据信号大小结合预定算法判断是否有细菌通过，统计通过的细 菌数目，计算出被测细菌个数，并控制测试结果的存储、显示和通信传输。在A)步中，量子点标记过的抗体探针为利用量子点和需要被测的细菌的特异性 抗体偶联制得，作为反应试剂配合仪器使用。在C)，D)两步中，所用检测时间为2-10分钟。如图3所示，描述了该装置进行细菌特异性快速检测的工作原理。需要被检测 的细菌与量子点标记的抗体探针特异性结合，流动通过玻璃微沟道时，在激光二极管发出 的激发光作用下，会产生较强的发射光信号，通过检测发射光信号，判断是否有被测细菌通 过，统计计数，得出检测结果。
权利要求
一种细菌流动计数检测的仪表装置，其特征在于，包括主控计算单元、模数转换信号处理电路、信号放大电路、驱动控制电路、光电倍增管、激光二极管、滤光片以及微沟道和流动系统；其中，主控计算单元分别与模数转换信号处理电路、驱动控制电路、显示、存储、通信、按键控制功能模块和电源模块直接电连接；驱动控制电路与激光二极管，光电倍增管直接电连接；光电倍增管顺序经信号放大电路、模数转换信号处理电路与主控计算单元输入端电连接；激光二极管置于微沟道上方，用于产生激发光，光电倍增管设于微沟道侧面，隔滤光片检测发射光；微沟道分别与激光二极管、光电倍增管垂直；微沟道外接流动系统，与流动系统相通连，为被测样品溶液流动通过微沟道提供动力，流动系统与驱动控制电路电连接，受主控计算单元控制。
2.如权利要求1所述的仪表装置，其特征在于，所述激光二极管的峰值波长在300-450 纳米范围内，波谱宽度10-20纳米；或为峰值波长在300-450纳米范围内，波谱宽度10-20 纳米的发光二极管。
3.如权利要求1或2所述的仪表装置，其特征在于，在激光、发光二极管和微沟道之间 设置聚光透镜或光纤，以提高激发光的激发效率。
4.如权利要求1所述的仪表装置，其特征在于，所述在光电倍增管和微沟道之间的滤 光片有1-2片，用于滤除激发光对发射光检测的干扰；在微沟道与光电倍增管之间设置聚 光透镜，提高光电倍增管对发射光的检测效率。
5.如权利要求1所述的仪表装置，其特征在于，所述微沟道为玻璃微沟道，其直径为 10-20微米，即可保证细菌顺利通过，又可使其尽可能单个通过，提高检测灵敏度。
6.一种如权利要求1所述的仪表装置的检测方法，其特征在于，使用荧光量子点探针 标记被测菌样，细菌进入流动系统，单个通过微沟道，在激光二极管的激发光作用下发光， 光电倍增管检测发射光光强，实现对细菌的特异性高灵敏度快速检测。
7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，包括步骤A)根据需要检测的细菌，选取特定的量子点标记过的抗体探针，被测细菌样品与量子 点标记过的抗体探针偶联，反应时间为5-30分钟，根据温度适当调整反应时间，反应结束 后加入仪器装置进样口；B)由主控计算单元经驱动控制电路控制流动系统驱动量子点探针标记好的细菌样品 通过微沟道；C)经3-10秒钟，待样品流动速度稳定后，由主控计算单元经驱动控制电路启动激光二 极管发射激发光，同时由主控计算单元经驱动控制电路启动光电倍增管检测发射光信号；D)光电倍增管输出的电流信号，经信号放大电路、模数信号转换信号采集电路，转换成 数字电压信号，反馈给主控计算单元；E)主控计算单元根据信号大小结合预定算法判断是否有细菌通过，统计通过的细菌数 目，计算出被测细菌个数，并控制测试结果的存储、显示和通信传输。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述A)步中，量子点标记过的抗体探针 为利用量子点和需要被测的细菌的特异性抗体偶联制得，作为反应试剂配合仪器使用。
全文摘要
本发明公开了一种细菌流动计数检测的仪表装置和方法，涉及生物医学检测技术，该仪表装置内置玻璃微沟道及流动系统，可使量子点探针标记过的细菌单个通过，结合量子点荧光激发技术及高精度微弱光检测技术，实现对细菌的特异性高灵敏度快速检测。该方法是，将被测样品与特异性的量子点探针偶联后，放入仪器检测进样口，细菌随液体流动通过玻璃微沟道检测区，由激光二极管激发诱导量子点标记的细菌发出荧光，使用光电倍增管检测荧光信号，根据检测到的发光强度及脉冲个数，计算出被测细菌数。本发明的仪表装置整个检测时间不超过30分钟，相对常规的培养计数法，具有特异性强，灵敏度高，检测速度快等优点。
文档编号C12M1/34GK101906384SQ20091008588
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者刘春秀, 刘晓红, 田青, 罗金平, 蔡新霞 申请人:中国科学院电子学研究所