便携式致病菌快速检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及自动化控制领域，尤其设及一种便携式致病菌快速检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于食源性致病微生物中毒事件频发、动植物病原体变异或跨境传播W 及转基因成分的安全性等，引发的生物安全问题越来越突出。生物安全领域的检测技术和 检测装备成为研究的热点之一。譬如2013年发生新西兰"肉毒杆菌"奶粉事件和德国"毒 黄瓜"和"渗假马肉成分"等事件，W致国内外食品安全形势的不断恶化。在该个背景下，任 何一项有利于致病微生物及其基因成分的快速检测技术均有巨大的应用价值和市场前景。
[0003] 本发明旨在开发的便携式基因扩增检测装置，首先利用手持式磁力架提取样品中 的核酸DNA，然后采用恒温的解育器进行核酸扩增，并利用微型光电检测器，对结果进行分 析和判读。本发明开发的其装备不仅原理特别，且轻巧便携，造价低于市售的同类的生物基 因检测设备。譬如，杜邦公司推出的BAX⑩Q7全自动病原微生物快速检测系统，系采用巧 光定量PCR的原理对微生物进行检测，该系统BAXQ7重量多达40公斤，售价高达40余万 人民币。再如美国BioLumix公司的BioLumix32,系采用32个并行的检测管，根据微生物 液体培养基中的化学特性变化，再通过感光试剂进行检测。Biolumix32系统的重量为14公 斤。且不说上述商化系统的灵敏度和准确性，就其重量和售价而言，并不适合食品微生物的 现场检测工作。日本荣研公司的实时浊度仪W及其它普通PCR仪也可W应用于食品微生物 的基因快速检测，但并未集成核酸提取部件，自动化程度低，设备笨重，只适合实验室检测。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种便携式 致病菌快速检测方法。
[0005] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种便携式致病菌快速检测系统，其 关键在于，包括：电源单元、第一控制巧片、第二控制巧片、恒温控制单元、激光检测单元、核 酸提取单元、人机交互模块、通讯模块，
[0006] 所述电源单元电源输出端连接核酸提取单元电源输入端，所述电源单元电源输出 端还连接第一控制巧片电源输入端，所述第一控制巧片恒温信号传输端连接恒温控制单元 信号传输端，所述激光检测单元信号传输端连接第一控制巧片激光信号传输端，所述恒温 控制单元和激光检测单元电源输入端连接电源单元电源输出端，所述第一控制巧片信号输 出端通过串口通信连接第二控制巧片信号输入端，所述第二控制巧片信号输出端连接人机 交互模块信号输入端，所述电源单元分别连接第二控制巧片电源输入端和人机交互模块电 源输入端，通讯模块数据传输端连接上位机数据接收端，所述通讯模块控制巧片数据传输 端连接第一控制巧片和第二控制巧片数据传输端。
[0007] 上述方案的有益效果为；通过上述控制电路能够实现核酸的分析与判断，快速检 测结果，并且实时显示数据。
[0008] 本发明还公开一种便携式致病菌快速检测装置，其关键在于，包括：核酸提取模 块、加热槽1、加热片2、控制电路板3、激光传感器固定座5、激光传感器14、激光发射器6、 激光发射器下固定座7,待测物质放置孔22、待测物质固定片23、激光过孔24，
[0009] 激光发射器6固定在激光发射器下固定座7上，激光传感器14固定在激光传感器 固定座5上，激光发射器6、加热槽1和激光传感器14依次平行放置，加热槽1立面设置激 光过孔24,由激光发射器6发出的激光穿过激光过孔24到达激光传感器14，
[0010] 加热槽1顶面封盖待测物质固定片23,在待测物质固定片23上开设待测物质放置 孔22,在待测物质放置孔22下方的加热槽1设置凹槽，用于放置待测物质，激光发射时，穿 过凹槽内的待测物质；
[0011] 加热片2放置在加热槽1和加热槽固定座13之间；
[0012] 所述核酸提取模块插入装有待提取待物质的试管中提取待测物质的核酸。
[0013] 上述技术方案的有益效果为；通过将检测装置安装在检测系统中，结合检测系统 的检测结构有效的进行待测物质的检测。
[0014] 所述的便携式致病菌快速检测装置，有效的，所述核酸提取模块包括；提手16、弹 力固定夹17、接触椿19、磁力区20、管套18，
[0015] 提手16下端安装固定板，所述固定板下端设置弹力固定夹17,所述弹力固定夹17 用于固定管套18,所述接触椿19固定在固定板的固定孔，所述固定孔的内螺纹与接触椿19 的外螺纹相配合，将接触椿19固定在固定板上，所述接触椿19底端进行磁化产生磁力区 20,所述磁力区20用于探入加热槽1的凹槽中吸附磁珠，所述提手16两侧由连接柱21与 固定板进行连接。
[0016] 上述技术方案的有益效果为；核酸提取模块结构设计合理，携带方便。
[0017] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，还包括；激光发射器上固定座15，
[0018] 所述激光发射器上固定座15为对合而成的夹持部件，所述激光发射器上固定座 15中间夹持激光发射器6,通过穿钉将对合而成的激光发射器上固定座15固定，所述穿钉 穿过激光发射器上固定座15钉入激光发射器下固定座7。
[0019] 上述技术方案的有益效果为：激光发射器上固定座压固激光发射器，从而使激光 发射稳定，不产生偏差。
[0020] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，还包括；隔热板12,所述隔热板12包 覆在加热槽1和加热槽固定座13周围，所述隔热板12与激光过孔24相对的两侧立面开设 透光孔。
[0021] 上述技术方案的有益效果为；隔热板能够防止使用者烫伤，并且使加热槽内的待 测物质保持温度恒定。
[0022] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，还包括：显示模组9,所述显示模组9 安装在控制电路板3上，用于显示数据。
[0023] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，还包括：微调旋钮10,所述微调旋钮 10设置在激光传感器固定座5的下方的四周，用于调节激光传感器14的高度。
[0024] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，所述控制电路板3包括；第一控制巧 片、第二控制巧片、恒温控制单元、激光检测单元、电源，
[0025] 所述第一控制巧片信号传输端连接第二控制巧片信号传输端，所述第一控制巧片 恒温信号传输端连接恒温控制单元信号传输端，所述激光检测单元信号传输端连接第一控 制巧片激光检测信号端，所述电源连接第一控制巧片、第二控制巧片、显示模组、恒温控制 单元、激光检测单元的电源输入端。
[0026] 所述的便携式致病菌快速检测装置，优选的，所述恒温控制单元包括；温度传感 器、加热器和M0S管，
[0027] 所述加热器一端连接M0S管漏极，所述加热器另一端连接电源正极，所述电源负 极连接M0S管源极，所述M0S管栅极连接第一控制巧片PWM脉冲调制端，所述温度传感器温 度信号输入端连接加热器温度信号输出端，所述温度传感器温度信号输出端连接第一控制 巧片温度信号输入端。
[0028] 上述技术方案的有益效果为：通过恒温控制单元保证加热槽中的待测物质保证恒 温，效果显著。
[0029] 本发明还公开一种用于便携式致病菌快速检测装置的检测方法，其关键在于，包 括：
[0030]步骤1，在待测物质中加入磁珠，将待测物质放入加热槽中通过恒温控制单元进行 恒温加热，将核酸提取模块放入待测物质中，根据核酸提取模块的磁力区将吸附核酸的磁 珠吸出；
[0031] 步骤2,通过加热器对待测物质进行加热，加热控制方法为；
[0032]W陶瓷加热器的实时温度与设定值之间的温度差和温差变化率为模糊控制器的 输入量，通过模糊控制器得出AKp、AKi和AKd的值，再根据自整定公式
[0033] Kp= K P0+ A Kp
[0034] Ki= Kio+AKi [OCK35] Kd=Kdq+AKd
[003引计算出整定后的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数的值Kd的值，其中AKp表示比 例系数的变化量，AKi表示比例系数的初始值；AKd表示积分系数的变化量，Kp。表示积分 系数的初始值；Ki。表示微分系数的变化量，KD。表示微分系数的初始值；再将KP、Ki和KD整 定后的值输入PID控制器中，PID控制器的微分方程为
[0037]
【主权项】
1. 一种便携式致病菌快速检测方法，其特征在于，包括： 步骤1，在待测物质中加入磁珠，将待测物质放入加热槽中通过恒温控制单元进行恒温 加热，将核酸提取模块放入待测物质中，根据核酸提取模块的磁力区将吸附核酸的磁珠吸 出； 步骤2,通过加热器对待测物质进行加热，加热控制方法为： 在模糊PID控制器中，系统的性能由模糊控制和PID控制共同决定，模糊控制能够整定 P、I、D参数值，积分作用决定系统的响应速度；积分作用消除系统的稳态误差；微分环节能 预测误差变化的趋势，提前使抑制误差的控制作用等于零或为负值； 恒温系统中，定义设定值与实际值之间的温差e (k)和温差变化率e。(k)，实际的输出值 u⑴为MOS管的占空比，通过控制占空比控制陶瓷加热片，达到加热待测物质的目的； 步骤3,激光发射器发射激光，激光穿过激光过孔照射在待测物质上，激光传感器接收 从激光过孔中穿出的激光，通过控制电路板进行分析之后，在显示模组上显示待测物质的 检测数据。
2. 根据权利要求1所述的便携式致病菌快速检测方法，其特征在于，所述步骤2包括： 以陶瓷加热器的实时温度与设定值之间的温度差和温差变化率为模糊控制器的输入 量，通过模糊控制器得出ΛΚΡ、ΛΚ#Ρ AKd的值，再根据自整定公式 Kp= K P0+Δ Kp Ki=KiJAKi Kd= K do+AKd 计算出整定后的比例系数KP、积分系数心、微分系数的值Kd的值，其中ΛΚΡ表示比例系 数的变化量，AK1表示比例系数的初始值；AKd表示积分系数的变化量，Kpci表示积分系数 的初始值；K ltl表示微分系数的变化量，Kdci表示微分系数的初始值；再将K Ρ、&和K D整定后 的值输入PID控制器中，PID控制器的微分方程为
式中的，则PID控制器的传输函数为，其中et为陶瓷加热器的实时温度与设定值之间 的温度差，dt为时间的微分，<为陶瓷加热器的实时温度与设定值之间的温度差的微分。
;其中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分 时间常数；D(S)为占空比；E(S)为偏差；U(S)为输出量； 恒温控制单元中，e(k)和ejk)表示设定值与实际值之间的温差和温差变化率，实际的 输出值u⑴为MOS管的占空比，通过控制占空比对被控对象进行控制。
【专利摘要】本发明公开了一种便携式致病菌快速检测方法，包括步骤1，在待测物质中加入磁珠，将待测物质放入加热槽中通过恒温控制单元进行恒温加热，将核酸提取模块放入待测物质中，根据核酸提取模块的磁力区将吸附核酸的磁珠吸出；步骤2，通过加热器对待测物质进行加热，步骤3，激光发射器发射激光，激光穿过激光过孔照射在待测物质上，激光传感器接收从激光过孔中穿出的激光，通过控制电路板进行分析之后，在显示模组上显示待测物质的检测数据。本发明体现了经济性和轻便性，检测准确高效。
【IPC分类】G01N21-00
【公开号】CN104865186
【申请号】CN201510288734
【发明人】凌睿, 王昱, 刘伟, 黄雪莉, 余大侠
【申请人】重庆大学, 重庆出入境检验检疫局检验检疫技术中心
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月29日