專利名稱：一種手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)裝置，特別是一種手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè) 裝置，該裝置可應(yīng)用于食品安全，環(huán)境檢測(cè)部門用于現(xiàn)場(chǎng)微生物快速檢測(cè)， 大樣本快速篩查，達(dá)到重點(diǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)，預(yù)防傳染疾病，保障公共安全，食品 安全和環(huán)境監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
ATP (AdenosineTriphosphate),中文名稱三磷酸腺苷，作為重要的能量 分子存在于從微生物到高等動(dòng)植物的所有生物體中。鑒于活微生物體內(nèi)含有 ATP，利用如下反應(yīng)式的ATP熒光反應(yīng)，通過檢測(cè)熒光發(fā)光強(qiáng)度的方法可以 確定樣本ATP的含量，從而可以間接確定樣本的微生物的存在和含量。爿r尸+丄//2(熒光素)炎:;陶> l/^lmmp+二氫吡咯酸 (i)丄//204， + 02 —~> ^wp + c02 +氧化熒光素+光 (2)該方法具有廣譜、靈敏度高和速度快的優(yōu)點(diǎn)靈敏度可達(dá)到10—13mol， 如能控制某些環(huán)節(jié)甚至能達(dá)到10—18mol;傳統(tǒng)表面皿培養(yǎng)法測(cè)定細(xì)菌數(shù)量需 要48小時(shí)，該方法只需幾分鐘，手持式設(shè)備僅需十幾秒鐘。傳統(tǒng)方法是使用臺(tái)式設(shè)備進(jìn)行微生物的ATP熒光檢測(cè)，臺(tái)式設(shè)備體積 大，交流供電，不能方便靈活的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的場(chǎng)合。根據(jù)申請(qǐng)人所作的資料檢索，還沒有基于美國TI (Texas Instruments) 公司MSP430超低功耗微控制器制備的手持式ATP熒光檢測(cè)儀的相關(guān)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種使用電池供電的手持式三磷酸腺苷熒
光檢測(cè)裝置，該裝置能夠在現(xiàn)場(chǎng)10s內(nèi)快速檢測(cè)微生物，并產(chǎn)生檢測(cè)結(jié)果， 并且可保存1000個(gè)檢測(cè)結(jié)果，使用一次性ATP檢測(cè)試劑，避免干擾。 為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)方案一種手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，包括由上殼和下殼組成的殼體， 其特征在于，所述的殼體上方有一個(gè)開/合的蓋子，上殼作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤；殼體內(nèi)安裝有用于熒光檢測(cè)的電路版，熒光檢測(cè)電路板上還安裝有液晶屏，光電二極管，屏蔽罩和避光金屬塊，光電二極 管位于避光金屬塊內(nèi)，則另一端連接有試管倉，熒光檢測(cè)電路版上還設(shè)置設(shè) 有第一微動(dòng)開關(guān)和第二微動(dòng)開關(guān)。本實(shí)用新型的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，相比現(xiàn)有的臺(tái)式ATP熒光檢測(cè)設(shè)備而言，具有檢測(cè)靈敏度高，快速、便攜性、低功耗和廣譜的優(yōu) 點(diǎn)，能更方便的應(yīng)用到微生物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。達(dá)到預(yù)防傳染病，保障公共安全與 食品安全以及環(huán)境的監(jiān)測(cè)。


圖1是儀器的結(jié)構(gòu)示意圖(正面)；圖2是儀器的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)面)；圖3是ATP熒光檢測(cè)儀電路總體結(jié)構(gòu)框圖；圖4是熒光檢測(cè)模塊一種具體電路實(shí)例；圖5是DC/DC模塊和軟開機(jī)/關(guān)機(jī)模塊的一種具體電路實(shí)例。圖l、 2中的標(biāo)號(hào)分別表示1、上殼，2、下殼，3、蓋子，4、液晶屏， 5、試管倉，6、第一微動(dòng)開關(guān)，7、第二微動(dòng)開關(guān)，8、避光金屬塊，9、電 路板，10、鍵盤，11、 RS232接口， 12、光電二極管，13、屏蔽罩。以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型釆用光電二極管作為微弱ATP熒光檢測(cè)的核心器件，設(shè)計(jì)
具有低噪聲，高靈敏度，抗千擾能力強(qiáng)特點(diǎn)的前置放大電路，用于檢測(cè)光電二極管獲得的熒光信號(hào)；使用美國TI公司MSP430系列超低功耗微控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)具有超低靜態(tài)電流和漏電流的供電電路，使用兩節(jié)AA電池。整個(gè)手持式ATP熒光檢測(cè)裝置的電路部分包括熒光檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采 集模塊、人機(jī)交互界面、供電模塊和控制模塊等。所說的熒光檢測(cè)模塊包括 光電二極管(選自濱松公司)、基于Analog公司AD8605的低噪聲，高靈敏 度，抗干擾能力強(qiáng)的前置放大電路；所說的數(shù)據(jù)采集模塊包括MSP430內(nèi)部 集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器，12位A/D轉(zhuǎn)換器使用的外部參考源電路和用于 存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)的基于I2C總線的EEPROM;所說的供電模塊包括兩節(jié)串連 AA電池，基于Sipex公司升壓型DC/DC芯片SP6641A將兩節(jié)串連AA電 池電壓轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定3.3V輸出用于整個(gè)系統(tǒng)供電的穩(wěn)壓模塊，基于Sipex公 司的低壓差線性穩(wěn)壓(LDO)芯片SPX5205將3.3V電壓轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定精度更 高的3V輸出用于熒光檢測(cè)模塊供電的穩(wěn)壓模塊。參見圖l、圖2,圖中描述了 ATP熒光監(jiān)測(cè)裝置的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該 裝置包括由上殼1和下殼2組成的殼體，殼體上方有一個(gè)開/合的蓋子3，上 殼1作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤10;殼體內(nèi)安裝有用于 熒光檢測(cè)的電路版9，熒光檢測(cè)電路版9上還安裝有液晶屏4，光電二極管 12，屏蔽罩13和避光金屬塊8，光電二極管位于避光金屬塊8內(nèi)，避光金 屬塊8 —端連接有試管倉5，熒光檢測(cè)電路版9上還設(shè)置設(shè)有第一微動(dòng)開關(guān) 6和第二微動(dòng)開關(guān)7。所述的熒光檢測(cè)電路板9包括有控制系統(tǒng)(1)、熒光檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集模 塊(11)、人機(jī)交互界面(III)、供電模塊(IV);控制系統(tǒng)(I)包括和微控制器24集成于一體的12位A/D轉(zhuǎn)換器、 fC總線模塊、USART模塊、JTAG模塊、液晶驅(qū)動(dòng)控制模塊、可中斷I/O
模塊；通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器(USART)模塊與RS232接口 ll相連，用于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊，JTAG (聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組，是一種國際 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議)模塊通過HAG接口 23與計(jì)算機(jī)連接，I2C模塊分別有 EEPROM存儲(chǔ)器22和用于管理時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊21;熒光檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集模塊(II)連接在控制系統(tǒng)(I)上，包括熒光檢測(cè) 模塊20和電壓基準(zhǔn)源19，它們分別與控制系統(tǒng)(I)的12位A/D轉(zhuǎn)換器連 通；屏蔽罩13覆蓋于熒光檢測(cè)電路板9上的熒光檢測(cè)模塊20的上方并與地 連接，以屏蔽外部電磁干擾。人機(jī)交互界面(III)同樣連接在控制系統(tǒng)(I)上，包括第一微動(dòng)開關(guān)6 和第二微動(dòng)開關(guān)7、鍵盤10、蜂鳴器14、液晶屏4，其中第一微動(dòng)開關(guān)6 和第二微動(dòng)開關(guān)7、鍵盤10與控制系統(tǒng)(I)的可中斷I/0模塊連通，液晶 屏4與控制系統(tǒng)(I)的液晶驅(qū)動(dòng)控制模塊連通；供電模塊(IV)用于裝置的供電，包括相互連接電池16、 DC/DC轉(zhuǎn)換 器17和LDO芯片18。鍵盤10為薄膜鍵盤。LDO芯片18用于將DC/DC芯片輸出電壓轉(zhuǎn)換成精度更高電壓，為熒 光檢測(cè)模塊供電。第一微動(dòng)開關(guān)6為針狀按鈕式微動(dòng)開關(guān)，第二微動(dòng)開關(guān)7為擺桿式微動(dòng) 開關(guān)。所述的光電二極管12用于將熒光的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。 RS232接口 11與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊采用4針USB插座。 第一微動(dòng)開關(guān)6和第二微動(dòng)開關(guān)7通過蓋子3的關(guān)閉和試管插入啟動(dòng)檢 測(cè)裝置。當(dāng)蓋子3關(guān)閉時(shí)，蓋子3上的圓柱狀凸起頂住微動(dòng)第一開關(guān)6的頂^f而 將其觸發(fā)；當(dāng)試管倉5插入試管時(shí)，試管將壓下第二微動(dòng)開關(guān)7的擺桿而將
其觸發(fā)。由此實(shí)現(xiàn)對(duì)蓋子狀態(tài)和試管插入的監(jiān)測(cè)。試管倉5末端的透明觀察 窗伸入避光金屬塊8，熒光透過觀察窗，穿過避光金屬塊8內(nèi)部的孔，照射到位于避光金屬塊8下方的光電二極管12，這樣可以屏蔽漏光的影響。RS232 接口 11采用的是4針MiniUSB插座，以節(jié)省有限的空間。參照?qǐng)D3，采用TI公司的MSP430系列微控制器24，該微控制器集成 了用于數(shù)據(jù)采集的12位A/D轉(zhuǎn)換器，用于與PC機(jī)通訊的通用同步和異步 串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器(USART)，用于與EEPROM存儲(chǔ)器芯片22和實(shí)時(shí)時(shí) 鐘模塊21通訊的I2C總線模塊，用于驅(qū)動(dòng)和控制段式液晶的液晶驅(qū)動(dòng)控制 模塊，用于鍵盤10的電路和系統(tǒng)狀態(tài)檢査的帶有中斷功能的I/O模塊，用 于在線編程和在線調(diào)試的JTAG模塊等。整個(gè)ATP熒光檢測(cè)系統(tǒng)的所有外 圍模塊都圍繞微控制器和它的片內(nèi)外設(shè)而設(shè)計(jì)。圖4是熒光檢測(cè)模塊一種具體電路實(shí)施例。熒光檢測(cè)模塊檢測(cè)活微生物 體內(nèi)的ATP與檢測(cè)試劑中熒光素和熒光素酶反應(yīng)產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，通過數(shù) 據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以確定ATP的含量，控制系統(tǒng)分析、處理并保存 數(shù)據(jù)，從而間接確定微生物的存在和含量。在該實(shí)施例中，VCC-3V是向該 模塊提供的穩(wěn)定精確的供電電壓，集成運(yùn)放U1提供向后兩級(jí)放大電路一個(gè) 偏置電壓，該偏置電壓通過ADin2輸出至AD轉(zhuǎn)換模塊。以U2為核心的第 一級(jí)放大電路把熒光照射光電二極管D1的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸出 至以U3為核心的第二級(jí)放大電路，放大后的信號(hào)經(jīng)ADinl輸出至AD轉(zhuǎn)換 模塊。R5、 R6和C6構(gòu)成一個(gè)低通濾波電路，以消除高頻干擾和噪聲的影圖5是DC/DC模塊和軟開機(jī)/關(guān)機(jī)模塊的一種具體電路實(shí)例。此例中， Ul(片SP6641 )與搭配的電感Ll、肖特基二極管Dl、電容Cl構(gòu)成了 DC/DC 供電模塊，其功能是將電池電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出的3.3V電壓，為整個(gè)系統(tǒng)供電。
三極管Q1、 Q2、 Q3、 Q4和若干電阻構(gòu)成軟開機(jī)/關(guān)機(jī)電路，Vbat為電 池電壓，power—ctr連微控制器的輸出引腳，power—off連微控制器的可中斷 的I/0引腳。系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)時(shí)，按下Power鍵使得Q2導(dǎo)通，于是Ql導(dǎo)通 使電池電壓Vbat輸出到DC/DC模塊，DC/DC模塊啟動(dòng)并輸出3.3V電壓供 給微控制器，微控制器啟動(dòng)并在與power—ctr連接的引腳輸出高電平使得Q3 導(dǎo)通，從而使Q1的導(dǎo)通狀態(tài)得以維持，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果 再按下Power鍵，則由于Q4導(dǎo)通而使得微控制器與power—off相連的引腳 電平由高變低，于是微控制器關(guān)機(jī)操作，使power一ctr置低電平；當(dāng)Power 鍵彈起時(shí)，由于Q2、 Q3均不導(dǎo)通，于是Q1不導(dǎo)通，DC/DC模塊電池供電 被中斷而關(guān)閉，整個(gè)裝置被關(guān)閉。
權(quán)利要求1.一種手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，包括由上殼(1)和下殼(2)組成的殼體，其特征在于，所述的殼體上方有一個(gè)開/合的蓋子(3)，上殼(1)作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤(10)；殼體內(nèi)安裝有熒光檢測(cè)電路版(9)，熒光檢測(cè)電路版(9)上還安裝有液晶屏(4)、光電二極管(12)、屏蔽罩(13)和避光金屬塊(8)，光電二極管(12)位于避光金屬塊(8)內(nèi)，避光金屬塊(8)一端連接有試管倉(5)，熒光檢測(cè)電路版(9)上還設(shè)置設(shè)有第一微動(dòng)開關(guān)(6)和第二微動(dòng)開關(guān)(7)。
2. 如權(quán)利要求1所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的熒光檢測(cè)電路板(9)包括有控制系統(tǒng)(1)、熒光檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集模 塊(11)、人機(jī)交互界面(m)、供電模塊(IV);所述的控制系統(tǒng)(I)包括和微控制器(24)集成于一體的12位A/D轉(zhuǎn) 換器、I2C總線模塊、通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器模塊、JTAG模 塊、液晶驅(qū)動(dòng)控制模塊、可中斷I/0模塊；通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器與RS232接口 (11)相連，用于 與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊，JTAG模塊通過JTAG接口 (23)與計(jì)算機(jī)連接，I2C模 塊分別有存儲(chǔ)器EEPROM (22)和用于管理時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(21);熒光檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集模塊(II)連接在控制系統(tǒng)(I)上，包括熒光檢測(cè) 模塊(20)和電壓基準(zhǔn)源(19)，它們分別與控制系統(tǒng)(I)的12位A/D轉(zhuǎn) 換器連通；其中熒光檢測(cè)模塊(20)的上方被與地連接的屏蔽罩(13)覆蓋， 以屏蔽外部電磁干擾；人機(jī)交互界面(III)同樣連接在控制系統(tǒng)(I)上，包括第一微動(dòng)開關(guān) (6)和第二微動(dòng)開關(guān)(7)、鍵盤(10)、蜂鳴器(14)、液晶屏(4)，其中 第一微動(dòng)開關(guān)(6)和第二微動(dòng)開關(guān)(7)、鍵盤(10)與控制系統(tǒng)(I)的可 中斷I/0模塊連通，液晶屏(4)與控制系統(tǒng)(I)的液晶驅(qū)動(dòng)控制模塊連通;供電模塊(IV)用于裝置的供電，包括相互連接電池(16)、 DC/DC轉(zhuǎn) 換器(17)和低壓差線性穩(wěn)壓芯片(18)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征 在于，所述的鍵盤(10)為薄膜鍵盤。
4. 如權(quán)利要求2所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的低壓差線性穩(wěn)壓芯片(18)用于將DC/DC芯片輸出電壓轉(zhuǎn)換成精度 更高電壓，為熒光檢測(cè)模塊供電。
5. 如權(quán)利要求2所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的第一微動(dòng)開關(guān)(6)為針狀按鈕式微動(dòng)開關(guān)，所述的第二微動(dòng)開關(guān)(7) 為擺桿式微動(dòng)開關(guān)。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征 在于，所述的光電二極管(12)用于將熒光的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求2所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的RS232接口 (11)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊采用4針USB插座。
8. 如權(quán)利要求1或5所述的手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，其特征 在于，所述的第一微動(dòng)開關(guān)(6)和第二微動(dòng)開關(guān)(7)通過蓋子(3)的關(guān) 閉和試管插入啟動(dòng)檢測(cè)裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種手持式三磷酸腺苷熒光檢測(cè)裝置，包括由上殼和下殼組成的殼體，殼體上方有一個(gè)開/合的蓋子，上殼作為裝置的面板，面板上分布有液晶窗和鍵盤；殼體內(nèi)安裝有用于熒光檢測(cè)的電路版，電路版上還安裝有液晶屏，光電二極管，屏蔽罩和避光金屬塊，光電二極管位于避光金屬塊內(nèi)，則另一端連接有試管倉，電路版上還設(shè)置設(shè)有第一微動(dòng)開關(guān)和第二微動(dòng)開關(guān)。其控制電路包括熒光檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)交互界面、供電模塊和控制模塊等。熒光檢測(cè)模塊檢測(cè)活微生物體內(nèi)的ATP與檢測(cè)試劑中熒光素和熒光素酶反應(yīng)產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，通過數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以確定ATP的含量，控制系統(tǒng)分析、處理并保存數(shù)據(jù)，從而間接確定微生物的存在和含量。
文檔編號(hào)G01N21/00GK201034925SQ20072003147
公開日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者劉家家, 張鎮(zhèn)西, 彭年才, 明 李, 龔大江 申請(qǐng)人:西安天隆科技有限公司