生物荧光快速检测方法与流程

本发明涉及生物试剂检测的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种生物荧光快速检测方法。

背景技术：

快速型生物指示剂检测装置，主要用于检测生物指示剂被杀灭的程度，用于评估灭菌的效果。将灭菌后的生物指示剂放置于培养基中培养，如果生物指示剂没有被完全杀灭，生物指示剂中的芽孢复苏后产生酶促反应，经过一段时间以后菌种会大量繁殖。采用特定的荧光染料对细菌细胞进行染色，细菌大量繁殖以后，将携带大量荧光染料。

生物荧光检测装置，由光源激发与探测接收两部分组成。激发光源采用与荧光染料相应的波长的激发光，由led灯构成，再配置具有数模转换的压控恒流控制电路，用于使激发光源产生恒定的电流点亮led灯，从而光强保持恒定。探测接收通常采用光电二极管进行光电转换，并采用tia互阻放大器实现电流到电压的转换，再经过电压缓冲器滤除不必要的高频、低频信号，可选的进行二次电压放大，经过adc数据转化器转换成数字信号以后，由微处理器进行数据运算与处理。

现有的光电检测或者光电传感技术，通过特定波长的光源激发，细菌繁殖后携带大量的荧光染料，被激发后就会产生另一种波长的荧光，通过荧光检测、荧光判读，准确测定生物菌种的繁殖情况，就可以准确评价灭菌效果的好坏。具体地，生物试剂的检测都是通过荧光进行判读，探测都是采用光电二极管(pd)，后端采用互阻抗放大器(tia)进行设计。传统的互阻放大电路，具有很高的动态特性与实时性，用于实时信号的提取与时频域分析，通常用于各种光电传感、生物传感等，通过高动态信号放大与实时的时频域分析，进而对信号特征进行提取，进行成分含量等的测定，或者生物特征的分析。然而这样的高动态性与实时性，并不适合于生物指示剂的快速检测，相对而言，生物指示剂的检测时间长，通常以小时论，而实时的动态检测并没有实际意义，相反地，通过长时间、稳定地荧光测量，通过对荧光数据进行统计判读才能准确反映生物试剂灭菌的效果。另外，互阻放大器电路，通过调节互阻放大的倍数，来提高信号放大的强度，但是同时也放大了噪声信号，对于较弱的荧光信号探测，信噪比较低，会出现噪声淹没测量信号的情况。因此，现有的基于电流放大的光电探测方式，对于较弱的荧光信号探测，信噪比较低、灵敏度下降，动态特性高却无法解决荧光发光强度弱、光强连续性等问题，无法避免测量过程中光强的不确定变化与外部环境干扰等，而且生物试剂测量时间长、对实时性要求并不高。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种生物荧光快速检测方法，有效地解决电路自身电压漂移以及环境光本底噪声影响微弱荧光测量精度的问题，提高了信噪比、重复测量的精度与稳定性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种生物荧光快速检测方法，进行单次感光电流积分测量，包括以下步骤：

在led关闭、积分电容设置后，进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压，记为voffoffset；

对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压，记为voffintegrate；

打开led，进行第三次adc数据转换，输出led开启状态下的电路自身漂移电压，记为vonoffset；

对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第四次adc数据转换，输出led开启状态下的积分电压，记为vonintegrate；

计算单次感光电流积分测量的有效电压，记为vvalld；则，

vvalld＝(vonintegrate-vonoffset)-(voffintegrate-voffoffset)。

优选的是，进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压，包括以下步骤：

控制器控制触发器触发将光信号转成电流信号的光电二极管与积分放大电路之间的电流输入开关打开；

控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关闭合复位后再打开保持；

adc数据转换电路进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压。

优选的是，对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压，包括以下步骤：

控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关闭合复位；

电容积分开关闭合复位结束后，控制器控制定时器定时触发电流输入开关闭合、电容积分开关打开保持，积分放大电路处于电流积分状态；

积分时间到，控制器控制定时器定时触发电流输入开关断开；

adc数据转换电路进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压。

优选的是，电容积分开关的闭合复位时间远小于打开保持时间；

电容积分开关的闭合复位时间范围在5us-10us之间；

单次感光电流积分测量时间范围在50ms-100ms。

优选的是，第三次adc数据转换的步骤，重复第一次adc数据转换的步骤；第四次adc数据转换的步骤，重复第二次adc数据转换的步骤。

优选的是，积分电容设置，包括以下步骤：

通过关闭若干个电容选择开关中的一个将其对应的电容接入积分放大电路；

或，通过关闭若干个电容选择开关中的几个将其对应电容进行组合接入积分放大电路。

优选的是，两个单次感光电流积分测量之间，积分电容设置还包括积分电容大小调节的步骤：

控制器通过控制定时器的定时以及触发器的触发产生控制时序控制电容选择开关的切换以调节其对应电容进行组合接入积分放大电路。

优选的是，led关闭与开启、积分放大电路的复位以及是否进行adc数据转换，是控制器通过控制定时器的定时以及触发器的触发产生控制时序触发对应的选择开关实现。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的生物荧光快速检测方法，进行单次感光电流积分测量时，

在led关闭和打开两种状态下，分别进行两次测量，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压和积分电压、led打开状态下的电路自身漂移电压和积分电压，再进行单次感光电流积分测量有效电压的计算，有效地解决电路自身电压漂移以及环境光本底噪声影响微弱荧光测量精度的问题，提高了信噪比、重复测量的精度与稳定性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为生物荧光快速检测方法进行单次感光电流积分测量的流程图；

图2为生物荧光快速检测方法进行单次感光电流积分测量的示意图；

图3为应用生物荧光快速检测方法进行检测的检测系统及其通信示例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1为生物荧光快速检测方法进行单次感光电流积分测量的流程图；图2为生物荧光快速检测方法进行单次感光电流积分测量的示意图；图3给出了一种应用生物荧光快速检测方法进行检测的检测系统及其通信示例，本发明的检测方法包括但不限于可以应用于图3所示的检测系统。

如图1和图2所示，本实施方式提供一种生物荧光快速检测方法，进行单次感光电流积分测量，包括以下步骤：

s10，在led关闭、积分电容设置后，进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压，记为voffoffset；

s20，对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压，记为voffintegrate；

s30，打开led，进行第三次adc数据转换，输出led开启状态下的电路自身漂移电压，记为vonoffset；

s40，对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第四次adc数据转换，输出led开启状态下的积分电压，记为vonintegrate；

s50，计算单次感光电流积分测量的有效电压，记为vvalld；则，

vvalld＝(vonintegrate-vonoffset)-(voffintegrate-voffoffset)。

上述实施方式中，led关闭状态下的积分电压包括探测环境光积分电压与电路自身漂移电压，探测环境光积分电压即为本底环境光噪声信号；led开启状态下的积分电压包括有效电压与电路自身漂移电压，有效电压即为测量的本底信号。因此，在led关闭和打开两种状态下，分别进行两次测量，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压和积分电压、led打开状态下的电路自身漂移电压和积分电压，再进行单次感光电流积分测量有效电压的计算，有效地解决电路自身电压漂移以及本底环境光噪声影响微弱荧光测量精度的问题，提高了信噪比、重复测量的精度与稳定性。

需要说明的是，在单次感光电流积分测量的过程中，积分电容大小经积分电容设置确定后一直保持不变，从而保证相同的积分时间。

作为上述实施方式的优选，进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压，包括以下步骤：

控制器控制触发器触发将光信号转成电流信号的光电二极管与积分放大电路之间的电流输入开关打开；

控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关闭合复位后再打开保持；

adc数据转换电路进行第一次adc数据转换，输出led关闭状态下的电路自身漂移电压。

该实施方式可以获得led关闭状态下的电路中adc数据转换器的自身漂移电压。

作为上述实施方式的优选，对积分放大电路依次进行复位和定时积分，积分时间到，进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压，包括以下步骤：

控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关闭合复位；

电容积分开关闭合复位结束后，控制器控制定时器定时触发电流输入开关闭合、电容积分开关打开保持，积分放大电路处于电流积分状态；

积分时间到，控制器控制定时器定时触发电流输入开关断开；

adc数据转换电路进行第二次adc数据转换，输出led关闭状态下的积分电压。

该实施方式可以获得led关闭状态下的积分电压，即本底环境光噪声信号。

作为上述实施方式的优选，电容积分开关的闭合复位时间远小于打开保持时间；电容积分开关的闭合复位时间范围在5us-10us之间；单次感光电流积分测量时间范围在50ms-100ms。

因此在长时间(3-5小时)细菌培养过程中，单次感光电流积分测量时间可以忽略，有效地提高了测量重复精度与稳定性。

作为上述实施方式的优选，第三次adc数据转换的步骤，重复第一次adc数据转换的步骤；第四次adc数据转换的步骤，重复第二次adc数据转换的步骤。

作为上述实施方式的优选，积分电容设置，包括以下步骤：

通过关闭若干个电容选择开关中的一个将其对应的电容接入积分放大电路；或，通过关闭若干个电容选择开关中的几个将其对应电容进行组合接入积分放大电路。更进一步地，两个单次感光电流积分测量之间，积分电容设置还包括积分电容大小调节的步骤：控制器通过控制定时器的定时以及触发器的触发产生控制时序控制电容选择开关的切换以调节其对应电容进行组合接入积分放大电路。

通过该实施方式可知，无论是单次感光电流积分测量的积分电容值还是多次感光电流积分测量之间的积分电容值，都可以通过控制器产生的控制时序，定时触发电容选择开关来进行选择和调节。

作为上述实施方式的优选，led关闭与开启、积分放大电路的复位以及是否进行adc数据转换，是控制器通过控制定时器的定时以及触发器的触发产生控制时序触发对应的选择开关实现。

通过该实施方式可知，控制器通过调节控制时序，可以定时触发多种开关，实现多种状态的切换，便于精确、稳定、长时间的生物试剂荧光检测。

下面以图3为例，具体阐述本发明的检测方法进行单次感光电流积分测量的过程。

积分放大电路有多组电容模型，每组电容模型设置有串联的电容选择开关s2和电容，多组电容模型的电容容值可以相同也不可以不同，例如图3给出了3组电容模型总计3个电容的示例，这3个电容的容值可以优选为10pf、30pf、60pf。控制器通过控制定时器的定时以及触发器的触发产生控制时序，定时触发控制电容选择开关s2的切换使其对应电容进行组合接入积分放大电路，完成积分电容的选择设置。重复进行感光电流积分测量时，两次测量之间，控制器也可以调整控制时序定时触发不同的积分电容选择设置，从而实现积分电容大小的调节，以进一步调节积分时间，提高有效电压的大小。

在积分电容设置后，控制器控制定时器的定时以及触发器的触发产生一个控制时序，触发选择开关s4关闭，则led3关闭。此时，控制器控制触发器触发将光信号转成电流信号的光电二极管1与积分放大电路2之间的电流输入开关s3打开；控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关s1闭合复位后再打开保持；adc数据转换电路进行第一次adc数据转换，输出led3关闭状态下的电路自身漂移电压voffoffset。

控制器控制定时器定时触发积分放大电路的电容积分开关s1闭合复位；电容积分开关s1短暂的闭合复位结束后，控制器控制定时器定时触发电流输入开关s3闭合、电容积分开关s1打开保持，积分放大电路处于电流积分状态；积分时间到，控制器控制定时器定时触发电流输入开关s3断开；adc数据转换电路进行第二次adc数据转换，输出led3关闭状态下的积分电压voffintegrate。

控制器控制定时器的定时以及触发器的触发产生一个控制时序，触发选择开关s4开启，则led3打开。依次重复第一次adc数据转换和第二次adc数据转换的步骤，分别获得led3开启状态下的电路自身漂移电压vonoffset以及积分电压，记为vonintegrate。

计算单次感光电流积分测量的有效电压vvalld；则，

vvalld＝(vonintegrate-vonoffset)-(voffintegrate-voffoffset)。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。