一种检测环境病毒颗粒的装置

1.本实用新型涉及医用病毒检测技术领域，特别是涉及一种检测环境病毒颗粒的装置。


背景技术：

2.常规核酸检测和抗体检测对实验设备要求较高，目前已知最常用的新冠病毒环境检测方法有两种，但它们都是采样与检测分离进行。核酸检测的方法是在样品采集后，通过封装集中带回具有一定资质以及仪器设备的检测机构，采用荧光定量pcr方法对基因序列作为靶向目标进行检测，通过记录荧光信号强弱得到检测结果，虽然采样过程简洁迅速，但检测过程也需要花费数小时。病毒直接培养的方法多用于现场研究和溯源，过程繁琐，检出率低，耗费大量的人力和时间。但反观制造业现状，许多技术和方法已经相当成熟，完全具备可以打造新型可携带式即时检测设备的能力。
3.stc89c51单片机是一种抗干扰能力强、高性能、低功耗的8位微控制器，包含8k字节可擦除闪存只读存储器和256位的随机存取存储器。单片机的最小系统电路包括电源电路、晶振电路和复位电路，结合编程语言可以实现对 stc89c51单片机各个引脚输出电平的控制。目前，单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
4.因此，通过融合使用多种现有技术成果以及更加快捷的生物学检测新方法，完全可以打造一台实用性强，应用范围广的多病毒检测硬件设备。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种检测环境病毒颗粒的装置，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种检测环境病毒颗粒的装置，包括：
7.箱体机构，所述箱体机构包括运行箱，所述运行箱的顶端固定有控制箱，所述控制箱内设有单片机系统电路；
8.滴定机构，所述滴定机构包括设置于所述运行箱内部的t字箱，所述t字箱较宽一侧设有滴定管，所述滴定管的底端固接且连通有多个滴定喷头，所述滴定喷头贯穿所述t字箱的底面，所述滴定管连通有软胶管，所述软胶管贯穿所述运行箱的顶面，所述滴定管与所述软胶管之间安装有电磁阀；
9.承接机构，所述承接机构包括设置于所述t字箱底部的孔板，所述孔板的底部设有接水盘，所述孔板设置于第一滑动组件的顶端，所述第一滑动组件用于带动所述孔板沿所述运行箱的外侧至内侧方向往复滑动，所述孔板的顶面具有多个间隔顺序排列的集液孔组，多个所述滴定喷头与所述集液孔组对应设置；
10.检测机构，所述检测机构包括设置于所述孔板底部的荧光板，所述接水盘与所述
荧光板均位于所述运行箱内，且所述接水盘与所述荧光板由外向内依次设置，所述荧光板的顶部设有显微摄像头，所述显微摄像头与所述集液孔组上下对应设置，所述显微摄像头设置于第二滑动组件的一侧，所述第二滑动组件设置于所述 t字箱的一侧；
11.所述第一滑动组件、所述第二滑动组件、所述电磁阀以及所述显微摄像头均与所述单片机系统电路电性连接。
12.优选的，所述第一滑动组件包括两条对称设置的滑轨，两所述滑轨之间滑动连接有第一托盘，所述孔板架设于所述第一托盘内，所述第一托盘的两侧分别固定有第一齿条，所述第一齿条啮合有第一齿轮，所述第一齿轮固定于第一电机的输出轴，所述第一电机的底端固定有第二托盘，所述第二托盘固定于所述运行箱的内侧壁。
13.优选的，所述滑轨的底端固定有抬高板，所述抬高板固定于所述运行箱内侧的底端，所述接水盘与所述荧光板均位于两所述抬高板之间。
14.优选的，所述第二滑动组件包括第二电机，所述第二电机的底端固定有第三托盘，所述第三托盘固定于所述t字箱的一侧，所述第二电机的输出轴固定有第二齿轮，所述第二齿轮啮合有第二齿条，所述第二齿条固定有支架，所述运行箱内固定有支撑板，所述支撑板贯穿开设有滑槽，所述支架滑动连接于所述滑槽内，所述支架的底端贯穿所述滑槽并固定有所述显微摄像头。
15.优选的，所述显微摄像头通过管卡固定于所述支架的底端。
16.优选的，所述运行箱的侧壁安装有usb转接头，所述显微摄像头通过usb 供电线与所述usb转接头连接。
17.优选的，所述集液孔组包括多个间隔顺序排列的集液孔，多个所述滴定喷头与同组的多个所述集液孔上下对应设置。
18.优选的，所述运行箱的任一端面开设有开口，所述开口处转动连接有箱门。
19.本实用新型公开了以下技术效果：通过结合式箱体机构的改造设计模式，使检测可以与采样同时同地进行。这样一来极大地减少了检测地点多样复杂时由于化验检测机构在地理空间上的限制而导致的检测结果长时间处于非即时性的滞后情况。通过本装置与采样机器的连接，采集的环境样品能够时效性地得到检测结果的反馈。当采集液中环境空气富集度达到一定的阈值，荧光板产生的荧光信号足够被显微摄像头检测捕获到，那么从荧光检测部分呈现的图像数据指向的检测结果即可呈现出过去所设定的时间段内，环境中携带多种冠状病毒的状况。本装置不仅可以在一定程度上减少病毒高可能性传播的一些公共环境(如：机场、海关等)冠状病毒阳性未能时检测到的弊端，又能防止阳性样本的迁移感染，同时可以减少人力物力的消耗。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的结构示意图；
22.图2为本实用新型开启箱门后的结构示意图；
23.图3为本实用新型的内部结构示意图；
24.图4为本实用新型另一角度的内部结构示意图；
25.图5为本实用新型中单片机系统电路的电路图；
26.其中，1为运行箱，2为控制箱，3为t字箱，4为滴定管，5为滴定喷头，6为软胶管，7为孔板，8为接水盘，9为荧光板，10为显微摄像头，11为滑轨， 12为第一托盘，13为第一齿条，14为第一齿轮，15为第一电机，16为第二托盘，17为抬高板，18为第二电机，19为第三托盘，20为第二齿轮，21为第二齿条，22为支架，23为支撑板，24为滑槽，25为管卡，26为usb转接头，27 为集液孔，28为箱门。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
29.本实施例应用于核酸检测技术，从现有的核酸检测技术以及实施过程中可以发现，采样与检测普遍处于分离进行的状况。加上样品运送以及传统的核酸样品检测方法效率并不太高，从采样到检测结果公布的时程很长，耗费人力、物力资源较大，而且存在阳性样品异地转移传播的风险。想要解决这样的问题，第一是要挑战现有冠状病毒检测技术的时限，利用生物学方法建立新的、更快检测冠状病毒是否呈阳性的方法；第二是要贴合新的快速检测冠状病毒的方法的重现需求，设计并制造出一种硬件设备，以供即时地在采样现场检测出核酸结果，以达到即检即测、边检边测，即测即出结果，结果即出就地完成杀灭，以防止阳性样品再次转移多地的风险。为实现上述目的，本实施例提供一种检测环境病毒颗粒的装置，参照图1-5，其具体结构包括：
30.箱体机构，箱体机构包括运行箱1，运行箱1的任一端面开设有开口，开口处转动连接有箱门28，运行箱1的顶端固定有控制箱2，控制箱2内设有单片机系统电路；
31.由于运行箱1的工作空间需要执行滴定富集液以及荧光检测的任务，因此在运行箱1执行工作期间，含有工程菌的测试液体通过滴定机构注入运行箱1内，并驻留在孔板7上，荧光检测结束之后，才会更换新的干燥的孔板7，因此本装置运行的同时，执行上述功能的空间内会处于长时间潮湿的状态。当液流不足或过于迅速时液滴可能还会偶尔产生飞溅状况，如果直接在运行箱1内部同时覆装电路部分，即使喷覆三防漆，也不能完全保证自组装电路、电机设备在湿空间状态下的稳定良好地持续运行。因此将控制硬件运行的单片机系统电路单独装入于控制箱2内，并装配在运行箱1的上部，具体的，在控制箱2上安装了有锁开关与无锁开关，有锁开关作为总开关，无锁开关作为运动开启开关，同时安装不同颜色的led显示灯用来显示本装置的运行过程，即三线插头通电后不打开总控开关时黄灯提示，通电且打开总控开关后本装置非运行状态红灯提示，通电后打开总控开关且本装置处于运行状态时绿灯提示。通过不同颜色led提示灯的显示情况，可以即时性地提示出本装置电路组装的正确性、电路运行状况、当下运行状态以及是否可以开闭箱门28或进行检测操作。
32.滴定机构，滴定机构包括设置于运行箱1内部的t字箱3，t字箱3较宽一侧设有滴定管4，滴定管4的底端固接且连通有多个滴定喷头5，滴定喷头5贯穿t字箱3的底面，滴定管4连通有软胶管6，软胶管6贯穿运行箱1的顶面，滴定管4与软胶管6之间安装有电磁阀；
33.电磁阀作为液体流动开关，在t字箱3较宽一侧，组装后面向箱内的一面上带有多个贯穿孔洞，与滴定喷头5组装后，其对应部分将会由此探出伸向运行箱 1内，在竖直方向上，滴定喷头5与孔板7上横行排列的一个集液孔组的圆心部位相对应，以达到能正确精准地将指定体积的富集液以完全相同的方式和条件注入对应的集液孔组内，而滴定管4与软胶管6相连的进液端在t字箱3的纵向伸长的长轴中部与电磁阀相连，通过电磁阀控制工程菌液流的流速，电磁阀的另一端再与软胶管6相连，所连接的软胶管6从运行箱1顶壁伸出，并连接到旁边的取样器采样管的工程菌富集液中。当电磁阀工作时，富集液可以从取样器采样管中通过软胶管6顺利地抽进滴定管4进液端。
34.承接机构，承接机构包括设置于t字箱3底部的孔板7，孔板7的底部设有接水盘8，孔板7设置于第一滑动组件的顶端，第一滑动组件用于带动孔板7沿运行箱1的外侧至内侧方向往复滑动，孔板7的顶面具有多个间隔顺序排列的集液孔组，多个滴定喷头5与集液孔组对应设置，集液孔组包括多个间隔顺序排列的集液孔27，多个滴定喷头5与同组的多个集液孔27上下对应设置；第一滑动组件包括两条对称设置的滑轨11，两滑轨11之间滑动连接有第一托盘12，孔板7架设于第一托盘12内，第一托盘12的两侧分别固定有第一齿条13，第一齿条 13啮合有第一齿轮14，第一齿轮14固定于第一电机15的输出轴，第一电机15 的底端固定有第二托盘16，第二托盘16固定于运行箱1的内侧壁。滑轨11的底端固定有抬高板17，抬高板17固定于运行箱1内侧的底端，接水盘8与荧光板9均位于两抬高板17之间；
35.运行箱1内部左右两侧的第二托盘16用于固定并抬高第一电机15的位置，第一电机15可以控制第一齿轮14的转动，第一齿轮14与第一齿条13相互咬合，使得第一电机15工作时带动孔板7在运行箱1内沿滑轨11前后运动。第一托盘 12对孔板7只起支持和固定的作用，其上侧完全无遮挡，可以用于更换孔板7。
36.因为本装置是用于检测环境中冠状病毒的装备，同时用于采样的工程菌悬液中所富集的各种未知的病原性或非病原性性微生物根据检测环境的不同，存在变化性和不确定性。因此在富集液滴定过程中，若液体不慎溢散或溅出孔外，会导致需要操作员反复擦拭清洁运行箱1底部残留液体并进行消毒的繁琐操作。因此，将整个运行功能的部分通过运行箱1内侧下方的左右两个抬高板17垫高，使孔板7下侧保留一定高度的空间。在这一空间内安置一个大小合适的接水盘8，用来直接乘装滴定中可能溅出或因为操作失误而意外流出的液体。当接水盘8中的液体较多时，直接取出统一规范性处理掉即可。而这一抬高的空间，同时也为在孔板7下方设置荧光发光光源这一需求提供了良好的条件。
37.检测机构，检测机构包括设置于孔板7底部的荧光板9，接水盘8与荧光板 9均位于运行箱1内，且接水盘8与荧光板9由外向内依次设置，荧光板9的顶部设有显微摄像头10，显微摄像头10与集液孔组上下对应设置，显微摄像头10 设置于第二滑动组件的一侧，第二滑动组件设置于t字箱3的一侧；第二滑动组件包括第二电机18，第二电机18的底端固定有第三托盘19，第三托盘19固定于t字箱3的一侧，第二电机18的输出轴固定有第二齿轮20，第二齿轮20啮合有第二齿条21，第二齿条21固定有支架22，运行箱1内固定有支撑板23，支撑板23贯穿开设有滑槽24，支架22滑动连接于滑槽24内，支架22的底端贯穿滑槽24并固定有显
微摄像头10，显微摄像头10通过管卡25固定于支架22 的底端，运行箱1的侧壁安装有usb转接头26，显微摄像头10通过usb供电线与usb转接头26连接；
38.当孔板7向内滑动到检测部分时，其上方为一可左右滑动的数码显微摄像探头10。该显微摄像头10呈细直圆柱形，以支撑板23和支架22组合架起悬空，由橡胶管卡25固定好其在支架22上的上下位置，显微摄像头10上端连有其自身的usb供电线，使用时将usb插头插入运行箱1右身侧的usb转接头26处以保证供电。通过第二齿条21与第二电机18带动的第二齿轮20咬合，以保证第二电机18工作时可以带动支架22在支撑板23上的滑槽24限定范围内左右滑动。
39.第一滑动组件、第二滑动组件、电磁阀以及显微摄像头10均与单片机系统电路电性连接。
40.本装置使用三线插头供电，单片机系统电路包括标准工作电压为5v的 stc89c51、三色led灯、荧光板9以及工作电压为12v的电磁阀等；本装置使用变压器将220v交流电压转变为12v直流电源，再通过dc-dc降压稳压电源模块将12v直流电压转变为5v直流电压，进而获得各元件所需工作电压。其中，单片机系统电路以stc89c51为核心控制芯片。以下是关于单片机系统电路各部分的说明(参照图5)：
41.(1)时钟电路
42.时钟电路的核心是晶振，它是一种可以产生稳定震荡频率的电子元件。它的基本参数是震荡频率，单位为mhz，其参数决定了单片机的工作频率。本电路的单片机选择了12mhz晶振，时钟周期为1/12us，机器周期是12*(1/12)us，也就是1us，晶振电路有两个端口xt1和xt2，将这两个端口分别与单片机的18 脚(xtal2)、19脚(xtal1)相连即可为单片机提供时钟信号。
43.(2)复位电路
44.复位电路用来重启单片机，使单片机初始化，重新开始执行程序，当单片机因程序问题出现故障时，可通过向复位电路第9脚rst发送一个复位信号，单片机就可自行复位。
45.(3)输入输出电路
46.单片机的每一个i/o口都可以独立的作为输入或输出口使用，stc89c51包括四组i/o口，分别是p0，p1，p2，p3。
47.该仪器中选定p0为控制输入端，p1与p2为控制输出端，其中p1作为led 指示灯、电磁阀以及荧光板9的控制输出端，p2作为各电机驱动的控制输出端。
48.单片机系统电路的硬件设施还包括主控制板，设置于控制箱2外侧，用于控制信号的输入与led指示灯的信号输出：
49.输入部分，主控制板的输入部分设置一个有锁开关，一个无锁开关，通过 stc89c51的p0端口输入，其中有锁开关作为总开关，无锁开关作为单次工作开始的信号输入段，在未开始工作时，通过无锁开关输入单次脉冲信号开始本次工作。
50.输出部分，设置led三色灯，通过stc89c51的p1端口输出。三色灯包括 led黄灯、led绿灯和led红灯。
51.第一电机15优选为步进电机28byj4，用于驱动孔板7的运动，在本装置中步进电机28byj4使用uln2003驱动板驱动，驱动板接收stc89c51的p2端口的输出，两第一电机15分别沿不同方向旋转，从而实现带动孔板7的运动。使用一个第二电机18(步进电机28byj4)驱动
显微摄像头10的运动，实现孔板7 的横向扫描。
52.滴定过程中，初始时一排滴定喷头5与孔板7的第一行集液孔27对齐，在收到无锁开关的动作信号后开始工作，每次工作使孔板7向前移动至下一行，并与滴定喷头5对齐，直至孔板7的最后一行与滴定喷头5对齐，实现集液操作。而后第一电机15继续运行直至显微摄像头10聚焦区域与孔板7最后一行对齐。控制孔板7运动的两个第一电机15控制列向的移动，控制显微摄像头10运动的一个第二电机18控制行向扫描，按照先行后列的原则，直到全部扫描完毕后，完成对所有集液孔27的荧光成像检测。在这一时间内通过显微摄像头10进行指示蛋白——egfp的检测工作。最后在完成检测后控制孔板7运动的两个第一电机15运行至孔板7初始位置从而完成所有的动作。
53.进液控制方面，stc89c51提供的5v的工作电压，使用变压器输出的12v电压连接电磁阀的一个端子，单片机p1端口连接电磁阀的另一个端子，当单片机p1对应端口输出高电压时，电磁阀两端电压为7v，没有达到工作电压，从而处于闭合状态；当p1对应端口输出低电压时，电磁阀两端电压为12v，达到工作电压，从而处于工作状态。在每次孔板7移动到对应位置时进行液体的滴定，通过计时器来控制液体滴定的时间。
54.荧光检测过程中，使用荧光板9(工作电压为5v的led蓝色发光板)作为荧光检测光源发生元件，通过stc89c51的p1端口输出信号对led蓝色发光板进行控制。孔板7移动至荧光板9上方后，荧光板9打开，直至荧光检测工作完成，再次触发无锁开关终止荧光检测，熄灭荧光板9。
55.对于本装置的电路部分，时钟电路与复位电路模块以小电子元件为主，且与 stc89c51集中分布，使用pcb对电路进行封装，其余结构分布于本装置各个部分，使用kf301-2p/3p/4p位接线端子来连接pcb与其余结构。
56.另外，本装置不仅具有可用于设定思路下的病毒检测的能力，同时也具有可用于其他以荧光显色为检测指标的检测项目的潜力。通过较小的专一度适应性改造，同样存在可以使这些具有类似检测指标的检测项目脱离采样后需送至指定地点实验室或检测机构进行结果检测的必要性，为同类以荧光作为检测指标的其他检测项目提供了减少样本易地检测，提高检测效率和时效性的新方法。
57.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
58.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。