微生物檢測(cè)裝置和方法
【專利摘要】一種微生物檢測(cè)裝置。該裝置包括拋物面反射器。光源被配置成將一束光線射向拋物面反射器的焦點(diǎn)。流體管通過拋物面反射器的焦點(diǎn)，這樣光束路徑和流體管在拋物線的焦點(diǎn)相交。流體管被配置成包括流動(dòng)的流體。該裝置包括第一檢測(cè)器以檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光。該裝置包括第二檢測(cè)器以檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光。
【專利說明】微生物檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)要求2011年4月6號(hào)提出的申請(qǐng)?zhí)枮?1/472，614的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。[0002]本發(fā)明大體上涉及微生物檢測(cè)，特別涉及通過檢測(cè)微生物細(xì)胞產(chǎn)生的熒光來檢測(cè)空氣中和液體中的微生物(例如細(xì)菌和真菌)的裝置和方法。本發(fā)明特別適用于為污染控制檢測(cè)環(huán)境微生物，然而也可用于其它應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]許多制造環(huán)境要求嚴(yán)格控制污染物的存在，包括灰塵顆粒和細(xì)菌。在公共衛(wèi)生相關(guān)產(chǎn)業(yè)，例如，在制藥和醫(yī)療衛(wèi)生器材制造環(huán)境中，不僅要求控制空氣中顆粒的數(shù)量，而且還要求控制細(xì)菌和真菌的數(shù)量。微生物污染物會(huì)使大批的藥劑產(chǎn)品對(duì)病人有害。此外，在藥物或醫(yī)療衛(wèi)生器材的生產(chǎn)裝置中實(shí)時(shí)探測(cè)污染事件是有利的，該污染事件包括關(guān)于污染事件是生物學(xué)的還是非生物學(xué)的即時(shí)信息。在公共衛(wèi)生空氣質(zhì)量監(jiān)控、水和飲料產(chǎn)業(yè)中，這種污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也是有用的。
[0004]在許多應(yīng)用中，需要監(jiān)控環(huán)境空氣和液體(水和液態(tài)的成品)中微生物的數(shù)量。
[0005]檢測(cè)微生物的常規(guī)方法包括使用生長(zhǎng)介質(zhì)，其收集空氣中的細(xì)菌并培養(yǎng)一段時(shí)間(通常是數(shù)天)。收集和檢測(cè)之間的延遲導(dǎo)致了制造過程中的問題。最近，工業(yè)中引入了新的方法來實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境中的細(xì)菌。例如，光學(xué)檢測(cè)器被設(shè)計(jì)用來檢測(cè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的代謝化學(xué)品產(chǎn)生的熒光(例如，NADH和核黃素)。這些光學(xué)檢測(cè)器具有給出細(xì)菌污染物的實(shí)時(shí)結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。細(xì)菌的實(shí)時(shí)檢測(cè)對(duì)衛(wèi)生保健相關(guān)工業(yè)是有利的。
[0006]對(duì)于有效的微生物檢測(cè)器來說，熒光測(cè)量的靈敏度是一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閺奈⑸锛?xì)胞發(fā)出的熒光的數(shù)量通常非常小，并且實(shí)時(shí)傳感器的檢測(cè)時(shí)間也非常短。
[0007]因此，在工業(yè)中存在一個(gè)迄今未解決的能夠解決上述缺陷和不足的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施方式提供了微生物檢測(cè)裝置和微生物檢測(cè)方法。簡(jiǎn)要的說，其中微生物檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施方式在結(jié)構(gòu)上可如下構(gòu)造。微生物檢測(cè)裝置包括拋物面反射器。光源被配置成將一束光線射向拋物面反射器的焦點(diǎn)。該微生物檢測(cè)裝置包括流體管，其通過拋物面反射器的焦點(diǎn)，這樣光束路徑和流體管在拋物線的焦點(diǎn)相交。流體管被配置成包括流動(dòng)的流體。該微生物檢測(cè)裝置還包括第一檢測(cè)器以檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光，還包括第二檢測(cè)器以檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光。
[0009]在另一實(shí)施方式中，提供一種微生物檢測(cè)裝置，包括流體管，配置成承載流體；光源，配置成將一束光線射向流體管；拋物面反射器，以反射流體中的微生物通過與光源發(fā)出的光的相互作用而發(fā)出的熒光；第一檢測(cè)器，檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光；第二檢測(cè)器，檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光；干涉濾光器，沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸放置，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)；包括第一透鏡以將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，且該第一檢測(cè)器包括光電倍增管；包括第二透鏡以將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，且該第二檢測(cè)器包括光電二極管；光束阻擋器，置于接近第二透鏡的中心，以阻擋從光源發(fā)出的光的非散射部分。光束路徑和流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交。拋物面反射器包括孔以允許光源發(fā)出的光進(jìn)入，和以允許流體管通過拋物面反射器。設(shè)置光源，以使得光線沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸成斜角的路徑射出。
[0010] 在另一實(shí)施方式中，提供一種微生物檢測(cè)裝置，包括流體管，配置成承載流體；光源，配置成將一束光射向反射鏡，且該反射鏡配置成將該光線射向流體管；包括拋物面反射器，以反射流體中的微生物通過與光源發(fā)出的光的相互作用而發(fā)出的熒光；第一檢測(cè)器，檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)射的熒光；第二檢測(cè)器，檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光；干涉濾光器，沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸放置，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)；包括第一透鏡以將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，且該第一檢測(cè)器包括光電倍增管；包括第二透鏡以將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，且該第二檢測(cè)器包括一光電二極管。一光束阻擋器被置于接近第二透鏡的中心，以阻擋從光源發(fā)出的光的非散射部分。從反射鏡反射的光束與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交。反射鏡被放置于接近干涉濾光器的中心。拋物面反射器包括孔以允許從光源發(fā)出的光離開，并且以允許流體管通過拋物面反射器。從反射鏡反射的光向內(nèi)射向并穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)。
[0011 ] 在又一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種微生物檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟:提供通過流體管的流體，該流體管通過一拋物面反射器的焦點(diǎn)；將一光束射向流體管，該光束與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交；通過拋物面反射器反射，流體內(nèi)部的微生物通過與該光束相互作用發(fā)射熒光；用第一檢測(cè)器檢測(cè)發(fā)出的熒光；用第二檢測(cè)器檢測(cè)光束與流體內(nèi)部的顆粒相互作用產(chǎn)生的Mie散射光。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供拋物面反射器作為熒光增強(qiáng)裝置的最佳使用方法和設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的方法和裝置特別涉及最近的光學(xué)性質(zhì)反射表面的快速原型制作，其使該設(shè)計(jì)方法實(shí)際應(yīng)用于反射器裝置。
[0013]使用合適的激發(fā)波長(zhǎng)，微生物細(xì)胞中特定的代謝輔因子和其他的生物化學(xué)品將發(fā)出內(nèi)熒光，其可被用作區(qū)分環(huán)境中的微生物和惰性粒子的生物標(biāo)記物。本發(fā)明的微生物檢測(cè)器和方法的一個(gè)目的在于有效測(cè)量被光源適度激發(fā)的微生物細(xì)胞發(fā)出的內(nèi)熒光。
[0014]環(huán)境(例如空氣或液體)中的微生物可通過合適的通道或流管(空氣噴嘴或液體管)吸入檢測(cè)器中。光束(例如，源自激光)與微生物的路徑相交于一固定點(diǎn)，該點(diǎn)與拋物面反射器的焦點(diǎn)重合。具有合適波長(zhǎng)的光從源自微生物的代謝物或其他生物化學(xué)品中激發(fā)熒光。源自微生物的熒光，從拋物線型反射面的焦點(diǎn)發(fā)射，被收集并從拋物面反射器中作為與拋物面反射器的軸線平行的準(zhǔn)直光束產(chǎn)生。合適的光學(xué)濾光器(例如干涉濾光器)系統(tǒng)可置于拋物面反射器前方的產(chǎn)生的光束的準(zhǔn)直部分以將熒光從激發(fā)光中分離，因?yàn)楦缮鏋V光器通常在準(zhǔn)直光束中最有效。在濾光器系統(tǒng)后，合適選擇的透鏡系統(tǒng)可將熒光聚焦到光檢測(cè)裝置(例如，光電倍增管(PMT))的感光區(qū)域以測(cè)量。同時(shí)，由流體管中的顆粒(例如，微生物)的相互作用產(chǎn)生的Mie散射光可被檢測(cè)以確定顆粒尺寸。
[0015]拋物面反射器的形狀和截面可被設(shè)計(jì)以最優(yōu)化光收集效率和以調(diào)節(jié)檢測(cè)器中相關(guān)功能所必需的其他元件(例如流體管，激發(fā)光的進(jìn)入孔)。
[0016]通過下述附圖和詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。目的是所有此類其他的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都包括在本說明書中、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且由所附權(quán)利要求所保護(hù)。
[0017]參考下面的附圖，可以更好的本發(fā)明的許多方面。附圖中的元件不一定是按比例的，重點(diǎn)在于清楚的描述本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在幾個(gè)視圖中表示相應(yīng)的部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是拋物面反射器的圖示。
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化技術(shù)的拋物面反射器的圖示。
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器的示意圖。
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器的示意圖。
[0022]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器的示意圖。
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器的示意圖。
[0024]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微生物檢測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1是拋物面反射器10的圖示。從拋物面反射器10的焦點(diǎn)F發(fā)出的光通過拋物面反射器10的反射面被反射成平行光束(QpQyQ3X
[0026]拋物面反射器10的對(duì)稱軸與y軸平行，頂點(diǎn)是(0，0)，如下所示:
[0027]y=ax2 (I)
[0028]然后有一點(diǎn)(0，f)——焦點(diǎn)F，其中從F發(fā)出的光被拋物面反射器10反射成與y軸平行的平行光束(Q1、Q2、Q3)。
[0029]焦距f (即從焦點(diǎn)F到頂點(diǎn)(0，0)的距離)為:
[0030]f=l/4a (2)
[0031]拋物面反射器10的形狀由方程(I)的參數(shù)a決定。
[0032]以下步驟將用于優(yōu)化拋物面反射器10的設(shè)計(jì)，特別用于實(shí)時(shí)光學(xué)微生物檢測(cè)器中的熒光測(cè)量，也用于其它儀器。
[0033](A)計(jì)算并選擇拋物面反射器的合適拋物面形狀。
[0034](B)優(yōu)化光聚集效率和其他儀器因素。
[0035](C)合并一個(gè)完整的微生物傳感器系統(tǒng)所必須的其他方面。
[0036]圖2示出了拋物面反射器10，其中a=0.025。如圖2所示，當(dāng)a=0.025時(shí)，焦距f等于10mnin
[0037]焦點(diǎn)F位置的考慮:
[0038](I)使拋物面反射器10的表面盡可能多的覆蓋從焦點(diǎn)F發(fā)出的熒光。因此，焦點(diǎn)F優(yōu)選位于鄰近拋物線的頂點(diǎn)的位置以覆蓋盡可能多的立體角；
[0039](2)例如，為使激光束和流體管(例如，空氣噴嘴或液體管)進(jìn)入拋物面反射器的空間，在拋物面反射器10中可切出孔。如果焦點(diǎn)F (也是熒光始點(diǎn))靠近拋物線的頂點(diǎn)，通過這些孔的光損失會(huì)更大。因此，優(yōu)選焦點(diǎn)F位于距離頂點(diǎn)不要太近的位置，因?yàn)檫@樣大量的光會(huì)通過孔損失；[0040](3)合適的焦距f優(yōu)選在拋物面深度(從拋物面反射器的開口到頂點(diǎn)測(cè)量)的1/9到拋物面的整個(gè)深度的范圍內(nèi)。實(shí)踐中焦點(diǎn)F優(yōu)選位于鄰近拋物線頂點(diǎn)的位置(不受流體管和激光孔徑干擾)。
[0041]對(duì)于如下示例性的數(shù)值計(jì)算，拋物面反射器10如圖2所示分配尺寸。
[0042]假設(shè)光電檢測(cè)器(例如具有8mm直徑的感光區(qū)域的光電倍增管(PMT))置于距熒光光源80mm的位置(在圖2中的F點(diǎn))。具有和不具有拋物面反射器的設(shè)備覆蓋的立體角可如下計(jì)算:
[0043](a)不具有拋物面反射器
[0044]PMT 可視的平面角:Θ ^arctan (4/80) =2.9 度
[0045]覆蓋的立體角:Ω1=2π(1-cos Θ ^=7.8 X IO^3
[0046](b)具有拋物面反射器:
[0047]拋物面反射器覆蓋的平面角的范圍:Θ 2=113度
[0048](其中Θ 2=180° - Θ )
[0049]覆蓋的立體角:Ω2=2π(1-cos θ 2)=8.74
[0050]拋物面反射器增強(qiáng)因子:Q2Z^1=S.74/7.8X10—3=1120
[0051]因此，使用根據(jù)本發(fā)明的拋物面反射器提供了顯著的熒光聚集效率。
`[0052]現(xiàn)在我們得出拋物面反射器覆蓋的立體角的計(jì)算公式。
[0053]拋物線方程:y=ax2，
[0054]平面角 Θ =arctan (x/ (y-f)) =arctan [x/ (ax2_l/ (4a)) ] =arctan [4ax/ (4 (ax) 2_1)]
[0055]令 t=ax, (3)
[0056]則Θ =arctan [4t/(4t2_l) ] (4)
[0057]立體角:Ω=2" (1+cos Θ ) =2π (1+cos (arctan [4t/(4t2_l) ])) (5)
[0058]焦距:f= l/4a
[0059]為了設(shè)計(jì)的目的，X (拋物面反射器的開口的直徑)的數(shù)值可被固定成一合適的尺寸。通過調(diào)整拋物線參數(shù)a，通過公式(3)和(5)可得到拋物面反射器10覆蓋的立體角的不同數(shù)值(其表示拋物面反射器10的光聚集效率)?？赏ㄟ^合理調(diào)節(jié)這些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)拋物面反射器的優(yōu)化
[0060]除了微生物內(nèi)熒光的檢測(cè)，本發(fā)明的實(shí)施方式還可用于測(cè)量由檢測(cè)器采樣的顆粒的尺寸。顆粒尺寸的測(cè)量為進(jìn)一步分類提供信息以減少誤報(bào)。尺寸測(cè)量可根據(jù)Mie散射原理通過測(cè)量源自顆粒的散射光來實(shí)現(xiàn)。在拋物面反射器10的下游側(cè)可設(shè)置光電檢測(cè)器以測(cè)量顆粒尺寸。
[0061]圖3示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器300。微生物檢測(cè)器300包括拋物面反射器310以聚集流體管330中的流體中的微生物發(fā)出的熒光。拋物面反射器310可包括一個(gè)或多個(gè)孔311以允許，例如，光源320 (其可以是，例如，激光束)進(jìn)入，和允許流體管330進(jìn)入。流體管330承載流體(例如，空氣或液體)，其中微生物可存在其中并可被微生物檢測(cè)器300檢測(cè)。流體管330和光源320的交點(diǎn)323位于拋物面反射器310的焦點(diǎn)。拋物面反射器310與光源320的軸線相互重合。
[0062]分色光束分離器340可將Mie散射光346與突光348分開。激發(fā)光束(即，從光源320發(fā)出的光)可在分色光束分離器340的中心被光束阻擋器341阻擋。微生物檢測(cè)器300還可包括干涉濾光器350以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)。
[0063]微生物檢測(cè)器300可包括第一透鏡360，其可以是任何用于聚焦的光學(xué)透鏡。第一透鏡360將準(zhǔn)直的熒光光束348聚焦到第一光電檢測(cè)器370上。第一光電檢測(cè)器370可以是如圖3所示的任何類型的包括光電倍增管(PMT)的用于熒光測(cè)量的光電檢測(cè)器。
[0064]光電檢測(cè)器300可包括第二透鏡362，其可以是任何用于聚集光線的光學(xué)透鏡。第二透鏡362將Mie散射光346聚焦到第二光電檢測(cè)器372上。第二光電檢測(cè)器372可以是圖3所示的任何類型的包括光電二極管的用于測(cè)量顆粒尺寸的光電檢測(cè)器。
[0065]在圖3所示的實(shí)施方式中，拋物面反射器310的幾何形狀可通過公式(2)和(5)優(yōu)化，以在允許檢測(cè)器的其他部件被合適的實(shí)施的同時(shí)獲得最優(yōu)化的熒光聚集效率。分色光束分離器340有兩個(gè)作用:簡(jiǎn)化了 Mie散射顆粒尺寸的測(cè)量(例如，通過允許Mie散射光346被單獨(dú)的光電檢測(cè)器370檢測(cè))，與此同時(shí)，根據(jù)它們的不同的波長(zhǎng)將Mie散射光346 (彈性散射)與熒光348 (非彈性散射)分離。在拋物面反射器310和分色光束分離器340之后，將干涉濾光器350放置在熒光光束348的準(zhǔn)直部分有利于有效消除殘余的彈性散射光，因?yàn)楦缮鏋V光器350在平行光束中工作是最有效的。光束阻擋器341減少了光源320產(chǎn)生的眩光。
[0066]圖4示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器400。微生物檢測(cè)器400包括拋物面反射器410以收集流體管430中的流體中的微生物發(fā)出的熒光。拋物面反射器410可包括一個(gè)或多個(gè)孔411以允許，例如，光源420 (其可以是，例如，激光束)進(jìn)入、散射光離開(例如，朝向光電檢測(cè)器472)，以及允許流體管430進(jìn)入。流體管430承載流體(例如，空氣或液體),其中微生物可存在其中并可被微生物檢測(cè)器400檢測(cè)。流體管430和光源420的相交點(diǎn)413位于拋物面反射器410的焦點(diǎn)。拋物面反射器410與光源420的軸線相互垂直。
[0067]干涉濾光器450可置于被拋物面反射器410反射的熒光448的路徑上，例如在拋物面反射器410的軸線方向上。干涉濾光器450阻擋激發(fā)光(即，從光源420發(fā)出的光)波長(zhǎng)。
[0068]第一透鏡460將從流體管430中的流體中的微生物發(fā)出的平行的熒光光束448聚焦到第一光電檢測(cè)器470上。第一光電檢測(cè)器470可以是如圖4所示的任何類型的包括光電倍增管(PMT)的用于熒光測(cè)量的光電檢測(cè)器。
[0069]光束阻擋器441可置于光源420的路徑上，以阻擋從光源420發(fā)出的光，且允許Mie散射光446通過。光束阻擋器441可放置在鄰近第二透鏡462的中心的位置。由流體管430中的顆粒散射的Mie散射光446被第二透鏡462聚焦到第二光電檢測(cè)器472上。第二光電檢測(cè)器472可以是如圖4所示的任何類型的包括光電二極管的用于測(cè)量顆粒尺寸的光電檢測(cè)器。
[0070]在圖4所示的實(shí)施方式中，拋物面反射器410的幾何形狀可通過公式(2 )和(5 )優(yōu)化，以在允許檢測(cè)器的其他部件被合適的實(shí)施的同時(shí)獲得最優(yōu)化的熒光聚集效率。拋物面反射器410優(yōu)選這樣的結(jié)構(gòu)，其焦點(diǎn)413被設(shè)置在流體管430和光源420的路徑能夠被方便的設(shè)置的位置。使光源420與拋物面反射器410的軸線相互垂直的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是避免將光源420 (例如，激光)發(fā)出的雜散光發(fā)送到熒光檢測(cè)通道(例如，熒光448的路徑)，從而降低上述通道中的背景噪音。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供一個(gè)更緊湊的檢測(cè)器組件，以及通過縮短從拋物面反射器410到熒光傳感光電檢測(cè)器470 (例如，PMT)之間的距離，增強(qiáng)了熒光檢測(cè)通道的光聚集能力。此外，圖4的實(shí)施方式不必使用分束器。
[0071]圖5示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器500。微生物檢測(cè)器500包括拋物面反射器510以聚集流體管530中的流體中的微生物發(fā)出的熒光。拋物面反射器510可包括一個(gè)或多個(gè)孔511以允許，例如，光源520 (其可以是，例如，激光束)進(jìn)入，和以允許流體管530進(jìn)入。流體管530承載流體(例如，空氣或液體)，其中微生物可存在其中并可被微生物檢測(cè)器500檢測(cè)。流體管530和光源520的相交點(diǎn)513位于拋物面反射器510的焦點(diǎn)。拋物面反射器510與光源520的軸線彼此成一斜角(即，非直角或直角的倍數(shù))Θ。
[0072]干涉濾光器550可置于熒光548的路徑上，例如在拋物面反射器510的軸線方向上。干涉濾光器550阻擋激發(fā)光(即，從光源420發(fā)出的光)波長(zhǎng)。
[0073]第一透鏡560將從流體管430中的流體中的微生物發(fā)出并被拋物面反射器510反射的平行的熒光光束548聚焦到第一光電檢測(cè)器570上。第一光電檢測(cè)器570可以是如圖5所示的任何類型的包括光電倍增管(PMT)的用于熒光測(cè)量的光電檢測(cè)器。
[0074]光束阻擋器541可置于光源520的路徑上，以阻擋從光源520發(fā)出的光，且以允許Mie散射光546通過。光束阻擋器541可放置在鄰近第二透鏡562的中心的位置。由流體管430中的顆粒散射的Mie散射光546被第二透鏡562聚焦到第二光電檢測(cè)器572上。第二光電檢測(cè)器572可以是如圖5所示的任何類型的包括光電二極管的用于測(cè)量顆粒尺寸的光電檢測(cè)器。
[0075]在圖5所示的實(shí)施方式中，拋物面反射器510的幾何形狀可通過公式(2)和(5)優(yōu)化，以在允許檢測(cè)器的其他部件被合適的實(shí)施的同時(shí)獲得最優(yōu)化的熒光收集效率。拋物面反射器510優(yōu)選這樣的結(jié)構(gòu)，其焦點(diǎn)513設(shè)置在流體管530和光源520的路徑能夠被方便的設(shè)置的位置。使光源520與拋物面反射器510的軸線相互成一斜角的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是避免將光源520 (例如，激光)發(fā)出的雜散光發(fā)送到熒光檢測(cè)通道(例如，熒光548的路徑)，從而降低上述通道中的背景噪音。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一個(gè)更緊湊的檢測(cè)器封裝，以及通過縮短從拋物面反射器510到熒光傳感光電檢測(cè)器570 (例如，PMT)之間的距離，增強(qiáng)了熒光檢測(cè)通道的光聚集能力。此外，圖5的實(shí)施方式不必使用分束器(例如，與圖3所示的實(shí)施方式對(duì)照)。
[0076]此外，可以通過如下方式選擇和設(shè)定兩軸之間的斜角Θ，即Mie散射光路徑546和/或Mie散射光檢測(cè)裝置(即，光電檢測(cè)器572、第二透鏡562和光束阻擋器541)能被定位在拋物面反射器510的邊界之外，如圖5所示。這樣，可以避免在拋物面反射器510中創(chuàng)建額外的孔，例如，否則需要在拋物面反射器的表面上為Mie散射通道設(shè)置出口孔(例如，如圖4所示的實(shí)施方式所示)，從而增加了拋物面反射器的光聚集能力。
[0077]圖6示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實(shí)施方式的微生物檢測(cè)器600。微生物檢測(cè)器600包括拋物面反射器610以收集流體管630中的流體中的微生物發(fā)出的熒光。拋物面反射器610可包括一個(gè)或多個(gè)孔611以允許，例如，光源620 (其可以是，例如，激光束)離開，和允許流體管630進(jìn)入。流體管630承載流體(例如，空氣或液體)，其中微生物可存在其中并可被微生物檢測(cè)器600檢測(cè)。
[0078] 光源620發(fā)出的光被反射鏡680反射并射向流體管630。流體管630和光源620的交點(diǎn)613位于拋物面反射器610的焦點(diǎn)。拋物面反射器610與光源620的軸相互重合，但方向相反。即，從光源620發(fā)出的光在與反射鏡680相交后,射向并穿過拋物面反射器610的頂點(diǎn)，而拋物面反射器610的軸線可以被看作從頂點(diǎn)向外延伸。
[0079]干涉濾光器650可置于熒光648的路徑上，例如在拋物面反射器610的軸線方向上。干涉濾光器650阻擋激發(fā)光(即，從光源620發(fā)出的光)波長(zhǎng)。反射鏡680可被放置在或鄰近干涉濾光器650的中心的位置上。
[0080]第一透鏡660將從流體管630中的流體中的微生物發(fā)出并被拋物面反射器610反射的平行的熒光光束648聚焦到第一光電檢測(cè)器670上。第一光電檢測(cè)器670可以是如圖6所示的任何類型的包括光電倍增管(PMT)的用于熒光測(cè)量的光電檢測(cè)器。
[0081]被流體管630中的顆粒散射的Mie散射光646被第二透鏡662聚焦到第二光電檢測(cè)器672上。第二光電檢測(cè)器672可以是如圖6所示的任何類型的包括光電二極管的用于測(cè)量顆粒尺寸的光電檢測(cè)器。
[0082]在圖6所示的實(shí)施方式中，拋物面反射器610的幾何形狀可通過公式(2 )和(5 )優(yōu)化，以在允許檢測(cè)器的其他部件被合適的實(shí)施的同時(shí)獲得最優(yōu)化的熒光聚集效率。拋物面反射器610優(yōu)選這樣的結(jié)構(gòu)，其焦點(diǎn)613被設(shè)置在流體管630和光源620的路徑能夠被方便的設(shè)置的位置。使光源620與拋物面反射器610的軸線相互重合但方向相反的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是避免將光源620發(fā)出的雜散光發(fā)送到熒光檢測(cè)通道(例如，熒光648的路徑)，從而降低上述通道中的背景噪音。圖6所示的實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要為光源或激光束620在拋物面反射器610的表面切出進(jìn)入孔，從而增加了拋物面反射器的光聚集能力。
[0083]應(yīng)指出的是，拋物面反射器610和光源620 (例如，激光光束)的軸線不需要重合。例如，激光束可以與拋物線的軸線成一斜角被射向流體管630，這也不會(huì)降低本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0084]圖7示出根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施方式的微生物檢測(cè)方法的流程圖700。應(yīng)注意的是，流程圖中的任何過程說明或模塊應(yīng)被理解成代表模塊、段、代碼部分、或在過程中用于實(shí)行特殊邏輯功能的包括一個(gè)或多個(gè)指令的步驟，且替代的實(shí)行也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其可以不按上述所示的或所討論的次序執(zhí)行功能，根據(jù)所涉及的功能，包括大體上同時(shí)以相反的順序執(zhí)行，這能夠被本發(fā)明所屬的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所理解。
[0085]如模塊702所示，提供通過流體管的流體。流體管穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)。在模塊704中，光束被射向流體管。光束與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交。在模塊706中，流體中的微生物通過與光束相互作用而發(fā)出的熒光被拋物面反射器反射。在模塊708中，第一檢測(cè)器檢測(cè)發(fā)出的熒光。在模塊710中，第二檢測(cè)器檢測(cè)Mie散射光。
[0086]特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的上述實(shí)施方式，特別地，任何“優(yōu)選的”實(shí)施方式，僅僅是可能的實(shí)施例，僅僅是為清楚的理解本發(fā)明的原理而提出。在基本上不背離本發(fā)明的精神和原理的前提下，可以對(duì)上述描述的本發(fā)明的實(shí)施方式做出很多變化和改進(jìn)。所有這種改進(jìn)和變化都被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，且由所附的權(quán)利要求所保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種微生物檢測(cè)裝置，包括: 拋物面反射器； 光源，被配置成將光束射向拋物面反射器的焦點(diǎn)； 流體管，其通過拋物面反射器的焦點(diǎn)，這樣光束路徑和流體管在拋物線的焦點(diǎn)相交，所述流體管被配置成包括流動(dòng)的流體； 第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光； 第二檢測(cè)器，用于檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光。
2.如權(quán)利要求1所述的微生物檢測(cè)裝置，其特征在于具備以下特征中的一個(gè)或多個(gè): (a)其中拋物面反射器的焦距為拋物面深度的約1/9到拋物面的整個(gè)深度的范圍內(nèi)； (b)其中流體管包括光學(xué)透明材料以允許光線進(jìn)入并允許散射光射出； (C)其中流體管被配置成 (i)允許吸入環(huán)境空氣并流過流體管以檢測(cè)空氣中的微生物，或(ii)允許吸入水或其他液體并流過流體管以檢測(cè)水或液體中的微生物；和 (d)其中檢測(cè)到的流體中的顆粒的熒光和Mie散射光信息用于區(qū)分微生物與惰性顆粒。
3.如權(quán)利要求1`或2所述的微生物檢測(cè)器，進(jìn)一步包括: 分色光束分離器，被配置成可將Mie散射光與突光分開； 光束阻擋器，放置在鄰近分色光束分離器中心的位置，以阻擋光源發(fā)出的光的非散射部分； 干涉濾光器，以阻擋從光源發(fā)出的激發(fā)光波長(zhǎng)； 第一透鏡，用于將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，其中所述第一檢測(cè)器包括光電倍增管；和第二透鏡，用于將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，其中所述第二檢測(cè)器包括光電二極管，其中 光源包括激光， 拋物面反射器包括孔，以允許從光源發(fā)出的光進(jìn)入并允許流體管穿過拋物面反射器，和 拋物面反射器的對(duì)稱軸與激光光束的路徑相互重合，并向相同的方向延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的微生物檢測(cè)裝置，其中光源包括發(fā)光二極管。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的微生物檢測(cè)裝置，進(jìn)一步包括: 干涉濾光器，其沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸放置，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)； 第一透鏡，用于將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，其中所述第一檢測(cè)器包括光電倍增管；和第二透鏡，用于將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，其中該第二檢測(cè)器包括光電二極管，其中 光束阻擋器，置于鄰近第二透鏡的中心的位置，用于阻擋從光源發(fā)出的光的非散射部分， 光源包括激光， 拋物面反射器包括孔以允許從光源發(fā)出的光進(jìn)入、散射光射出并允許流體管通過拋物面反射器，和 光源置于使光沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸垂直的路徑發(fā)出的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的微生物檢測(cè)裝置，其中光源包括發(fā)光二極管。
7.一種微生物檢測(cè)裝置，包括: 流體管，被配置成承載流體； 光源，被配置成將一束光射向流體管； 拋物面反射器，用于反射流 體中的微生物通過與從光源發(fā)出的光相互作用而發(fā)出的熒光; 第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光； 第二檢測(cè)器，用于檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光； 干涉濾光器，其沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸放置，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)； 第一透鏡，用于將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，其中所述第一檢測(cè)器包括光電倍增管；和第二透鏡，用于將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，其中所述第二檢測(cè)器包括光電二極管，其中 光束阻擋器，其置于鄰近第二透鏡的中心的位置，以阻擋從光源發(fā)出的光的非散射部分， 光束路徑與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交， 拋物面反射器包括孔以允許光源發(fā)出的光進(jìn)入并允許流體管通過拋物面反射器，和 光源被置于使光線沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸成一斜角的路徑發(fā)出的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的微生物檢測(cè)裝置，其中光源包括光電二極管或激光。
9.一種微生物檢測(cè)裝置，包括: 流體管，被配置成承載流體； 光源，被配置成將一束光線射向反射鏡，所述反射鏡被配置成將該光束射向流體管； 拋物面反射器，用于反射流體中的微生物通過與從光源發(fā)出的光相互作用而發(fā)出的熒光; 第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)通過流體管的流體中的微生物發(fā)出的熒光； 第二檢測(cè)器，用于檢測(cè)源自通過流體管的流體中的顆粒的Mie散射光； 干涉濾光器，其沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸放置，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng)； 第一透鏡，用于將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上，其中所述第一檢測(cè)器包括光電倍增管；和第二透鏡，用于將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上，其中所述第二檢測(cè)器包括光電二極管，其中 光束阻擋器，其置于鄰近第二透鏡的中心的位置，以阻擋從光源發(fā)出的光的非散射部分， 被反射鏡反射的光束與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交， 反射鏡被置于鄰近干涉濾光器中心的位置， 拋物面反射器包括孔以允許光源發(fā)出的光射出并允許流體管通過拋物面反射器，和 從反射鏡反射的光向內(nèi)射向并穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微生物檢測(cè)裝置，其特征在于具備以下特征中的一個(gè)或多個(gè): (a)其中光源包括發(fā)光二極管或激光； (b)其中從反射鏡反射的光與拋物面反射器的對(duì)稱軸成一斜角向內(nèi)射向并穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)； (C)其中光源包括發(fā)光二極管； Cd)其中反射鏡是平面反射鏡； Ce)其中反射鏡包括具有棱鏡角的棱鏡，其用于反射射向拋物面反射器的焦點(diǎn)的光束；和 (f)其中流體管被配置成 (i)允許吸入環(huán)境空氣并流過流體管以檢測(cè)空氣中的微生物，或(ii)允許吸入水或其他液體并流過流體管以檢測(cè)水或液體中的微生物。
11.微生物檢測(cè)方法,包括: 提供通過流體管的流體，所述流體管穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)； 將光束射向流體管，所述光束與流體管在拋物面反射器的焦點(diǎn)相交； 流體中的微生物通過與光束相互作用而發(fā)出的熒光被拋物面反射器反射； 用第一檢測(cè)器檢測(cè)發(fā)出的熒光；和 用第二檢測(cè)器檢測(cè)光束與流體中的顆粒相互作用而產(chǎn)生的Mie散射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于具備以下特征中的一個(gè)或多個(gè): Ca)進(jìn)一步包括提供沿著拋物面反射器的對(duì)稱軸設(shè)置的干涉濾光器，以阻擋激發(fā)光波長(zhǎng); 提供用于將熒光聚焦到第一檢測(cè)器上的第一透鏡，其中所述第一檢測(cè)器包括光電倍增管；和 提供用于將Mie散射光聚焦到第二檢測(cè)器上的第二透鏡，其中所述第二檢測(cè)器包括光電二極管； (b)其中光束沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸成一斜角的路徑射出； (C)其中光束沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸重合，且延伸向相同的方向的路徑發(fā)出； (d)其中拋物面反射器的焦距為拋物面深度的約1/9到拋物面的整個(gè)深度的范圍內(nèi)； (e)其中光束包括激光光束； Cf)其中光束沿著與拋物面反射器的對(duì)稱軸垂直的路徑射出； (g)其中流體包括環(huán)境空氣；和 (h)其中流體包括水或另一種液體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供反射鏡，其被配置成將光束反射向流體管，所述反射鏡被置于鄰近干涉濾光器中心的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于具備以下特征中的一個(gè)或多個(gè): Ca)其中被反射鏡反射的光與拋物面反射器的對(duì)稱軸成一斜角向內(nèi)射向并穿過拋物面反射器的焦點(diǎn)； (b)其中反射鏡是平面反射鏡；和 (c)其中反射鏡包括具有棱鏡角的棱鏡，其用于反射射向拋物面反射器的焦點(diǎn)的光。
【文檔編號(hào)】C12Q1/04GK103492585SQ201280015462
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】蔣箭平 申請(qǐng)人:即時(shí)生物檢測(cè)有限公司