痕量微生物快速检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种痕量微生物快速检测系统，包括扫描单元和控制单元，扫描光路单元包括激光器、扩束镜、第一光澜、第一组滤光片、第二组滤光片、二向分色镜、二维扫描振镜、扫描透镜、透镜、第二光阑和光电探测器；扫描光路单元用于对入射激光的过滤、光束的聚焦、光斑的移动、入射激光及荧光信号的分离、光电信号的转化；控制单元包括二维振镜控制卡、数据采集卡和终端控制器；数据采集卡完成对光电探测器输出模拟电信号转换为数字电信号，并将数据传输给终端控制器进行处理，最终实现二维图像的显示。本发明专利技术主要用于对微孔滤膜表面附着的荧光染色的微生物个体进行检测计数，实现对痕量微生物的快速扫描检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微生物快速检测系统，特别涉及痕量微生物的快速、实时检测成像系统。
技术介绍
随着社会的快速发展，在工业生产、制药制水、食品药品监测等领域中，都亟需实现对痕量细菌的快速实时检测，从而保证工业生产电子元器件的质量，药品、水质及食品的质量安全。因此，在微生物的检测中，除了对数量较多的微生物进行检测外，对痕量微生物的高分辨率、快速检测也提出了更高的要求。当前的微生物快速检测方法中，以流式荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜技术和流式细胞术较成熟，并且均具有成像功能，但用荧光显微镜进行细菌检测时，存在视场小，一次只能小视场检测，而且手动移动和计数非常繁琐，耗时也较长；激光扫描共聚焦显微镜技术，因其是三维扫描成像，常用于临床中组织切片的观察，但景深小，不便于在微生物检测领域的应用。流式细胞术是利用将标本预处理后，制成单细胞悬浮液，再进行具有特异性的、化学定量关系的染色后，悬浮液进入流动室，通过用激光激发，测定散射光和荧光，实现细菌形态及各种成分的检测。流式细胞术具有速度快，多参数检测的优点，但要求被测物浓度在10^2～10^6数量级，对于痕量微生物则不能正确测定。综上所述，目前虽然已有很多微生物检测方法与系统，但其中大多数方法和系统的检测速度或检测精度上有很大不足，应用范围相当局限，尚不能实现痕量微生物的快速、多参数精确检测。
技术实现思路
针对现有技术中微生物检测存在的不足之处，提供一种痕量微生物快速检测系统，本专利技术可以实现对痕量微生物的快速实时检测，自动计数，生物样品的二维图像显示。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种痕量微生物快速检测系统，包括扫描单元和控制单元，所述扫描光路单元包括激光器、扩束镜、第一光澜、第一组滤光片、第二组滤光片、二向分色镜、二维扫描振镜、扫描透镜、透镜、第二光阑和光电探测器；所述激光器的波长与被测微生物所使用的荧光标记物相匹配；激光束经所述扩束镜扩束及所述扫描透镜聚焦后，形成的聚焦光斑直径为5-20μm；所述二向分色镜在光路中呈45°设置，所述二向分色镜对激光束的反射率大于90％，所述二向分色镜对激发产生的荧光透射率大于90％；所述二维扫描振镜的光出射口相对所述扫描透镜的入光口之间的距离小于20mm；所述扫描透镜的焦距大于10mm；所述第二光阑位于所述透镜的后焦平面上，所述第二光阑的直径小于100μm；所述扫描光路单元用于对入射激光的过滤、光束的聚焦、光斑的移动、入射激光及荧光信号的分离、光电信号的转化；所述扫描光路单元中，激光器发出的入射激光通过一准直镜进行激光准直形成平行光，再依次经扩束镜进行扩束，由第一组滤光片过滤，由二向分色镜反射到二维扫描振镜中，在二维扫描振镜中二次反射后经由扫描透镜聚焦到带有荧光标记物的被测微孔滤膜表面；激发的荧光依次经由扫描透镜汇聚、二维扫描振镜反射、二向分色镜透射、第二组滤光片的过滤、透镜的汇聚，最终经由第二光阑形成的共焦孔过滤后，投射到光电探测器中，投射到光电探测器中光信号经所述光电探测器转换为模拟电信号；所述控制单元包括二维振镜控制卡、数据采集卡和终端控制器；所述控制单元用于控制所述二维扫描振镜和所述扫描透镜的摆动、被测微孔滤膜表面荧光信号的采集和信号的A/D转换及处理；所述终端控制器设定所述二维扫描振镜和所述扫描透镜扫描的具体波形、频率、幅值以及数据采集卡的采样率，从而控制所述数据采集卡、所述二维扫描振镜和所述扫描透镜同步工作；所述数据采集卡完成对所述光电探测器输出模拟电信号转换为数字电信号，并将数据传输给终端控制器进行处理，最终显示微生物样本的二维图像。本专利技术痕量微生物快速检测系统，其中，所述激光器1由其自有的控制卡触发，所述激光器发射的激光波长范围为200～900nm。所述所述扫描光路单元中，激光束经所述扩束镜扩束及所述扫描透镜聚焦后，形成的聚焦光斑直径为5-10μm。所述二维扫描振镜的光出射口相对所述扫描透镜的入光口之间的距离小于10mm。所述扫描透镜焦距大于15mm。所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管。所述扩束镜用于对光束进行扩束，光斑直径d＝0.61λf/D，其中，λ代表入射激光波长，D代表光束直径，f代表焦距。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)痕量检测：可以完成对痕量微生物的快速检测，细菌量在1～100量级。(2)速度快：由于检测不需要进行培养，并且扫描的速度也非常快，因此，总体检测的速度很快，完成单个生物样本的检测时间在15分钟内(包括样本前期准备时间)。(3)景深大：可以有效抑制离焦，从而能实现样本的快速自动检测。附图说明图1为本专利技术痕量微生物快速检测系统基本构成示意图；图2为本专利技术痕量微生物快速检测系统的流程示意图；图3为本专利技术痕量微生物快速检测系统的扫描线图；图4为本专利技术实施例提供的检测荧光微球的扫描图片；图5为本专利技术实施例提供的检测大肠杆菌液的扫描图片。图中：1-激光器，2-扩束镜，3-第一光澜，41-第一组滤光片，42-第二组滤光片，5-二向分色镜，6-二维扫描振镜，7-扫描透镜，8-被测微孔滤膜，9-透镜，10-第二光阑，11-光电探测器，12-振镜控制片，13-数据采集卡，14-终端控制器，15-准直镜。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图1所示，本专利技术一种痕量微生物快速检测系统，包括扫描单元和控制单元。所述扫描光路单元包括激光器1、扩束镜2、第一光澜3、第一组滤光片41、第二组滤光片42、二向分色镜5、二维扫描振镜6、扫描透镜7、透镜9、第二光阑10和光电探测器11。所述激光器1的波长与被测微生物所使用的荧光标记物相匹配,所述激光器1发射的激光波长范围为200～900nm。所述扩束镜2用于对光束进行扩束，光斑直径d＝0.61λf/D，其中，λ代表入射激光波长，D代表光束直径，f代表焦距，若想使光斑直径缩小到所需有效范围，应使光束直径扩大，以达到想要的光束直径；所述扫描透镜7实现对入射光束的聚焦以及荧光信号的收集，本专利技术中所述扫描透镜7选取大视场扫描透镜；激光束经所述扩束镜2扩束及所述扫描透镜7聚焦后，形成的聚焦光斑直径为5-20μm，优选为5-10μm。所述扫描光路单元中的两组滤光片，其中第一组滤光片41对入射激光进行过滤；第二组滤光片42用于对荧光进行过滤，滤除杂散光，提高信噪比。所述二向分色镜5用于实现对激发光的反射和对返回荧光的透射，实现光学信号的分离，所述二向分色镜5在光路中呈45°设置，所述二向分色镜5对激光束的反射率大于90％，所述二向分色镜5对激发产生的荧光透射率大于90％。所述二维扫描振镜6的光出射口相对所述扫描透镜7的入光口之间的距离小于20mm，优选值为小于10mm；所述扫描透镜7的焦距大于10mm，优选值为大于15mm。所述第二光阑10位于所述透镜9的后焦平面上，所述第二光阑10的直径小于100μm。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种痕量微生物快速检测系统，包括扫描单元和控制单元，其特征在于：所述扫描光路单元包括激光器(1)、扩束镜(2)、第一光澜(3)、第一组滤光片(41)、第二组滤光片(42)、二向分色镜(5)、二维扫描振镜(6)、扫描透镜(7)、透镜(9)、第二光阑(10)和光电探测器(11)；所述激光器(1)的波长与被测微生物所使用的荧光标记物相匹配；激光束经所述扩束镜(2)扩束及所述扫描透镜(7)聚焦后，形成的聚焦光斑直径为5‑20μm；所述二向分色镜(5)在光路中呈45°设置，所述二向分色镜(5)对激光束的反射率大于90％，所述二向分色镜(5)对激发产生的荧光透射率大于90％；所述二维扫描振镜(6)的光出射口相对所述扫描透镜(7)的入光口之间的距离小于20mm；所述扫描透镜(7)的焦距大于10mm；所述第二光阑(10)位于所述透镜(9)的后焦平面上，所述第二光阑(10)的直径小于100μm；所述扫描光路单元用于对入射激光的过滤、光束的聚焦、光斑的移动、入射激光及荧光信号的分离、光电信号的转化；所述扫描光路单元中，激光器(1)发出的入射激光通过一准直镜进行激光准直形成平行光，再依次经扩束镜(2)进行扩束，由第一组滤光片(41)过滤，由二向分色镜(5)反射到二维扫描振镜(6)中，在二维扫描振镜(6)中二次反射后经由扫描透镜(7)聚焦到带有荧光标记物的被测微孔滤膜(8)表面；激发的荧光依次经由扫描透镜(7)汇聚、二维扫描振镜(6)反射、二向分色镜(5)透射、第二组滤光片(42)的过滤、透镜(9)的汇聚，最终经由第二光阑(10)形成的共焦孔过滤后，投射到光电探测器(11)中，投射到光电探测器(11)中光信号经所述光电探测器(11)转换为模拟电信号；所述控制单元包括二维振镜控制卡(12)、数据采集卡(13)和终端控制器(14)；所述控制单元用于控制所述二维扫描振镜(6)和所述扫描透镜(7)的摆动、被测微孔滤膜(8)表面荧光信号的采集和信号的A/D转换及处理；所述终端控制器(14)设定所述二维扫描振镜(6)和所述扫描透镜(7)扫描的具体波形、频率、幅值以及数据采集卡(13)的采样率，从而控制所述数据采集卡(13)、所述二维扫描振镜(6)和所述扫描透镜(7)同步工作；所述数据采集卡(13)完成对所述光电探测器(11)输出模拟电信号转换为数字电信号，并将数据传输给终端控制器(14)进行处理，最终显示微生物样本的二维图像。...

【技术特征摘要】
1.一种痕量微生物快速检测系统，包括扫描单元和控制单元，其特征在于：
所述扫描光路单元包括激光器(1)、扩束镜(2)、第一光澜(3)、第一组滤光片(41)、
第二组滤光片(42)、二向分色镜(5)、二维扫描振镜(6)、扫描透镜(7)、透镜(9)、
第二光阑(10)和光电探测器(11)；所述激光器(1)的波长与被测微生物所使用的荧光
标记物相匹配；激光束经所述扩束镜(2)扩束及所述扫描透镜(7)聚焦后，形成的聚焦
光斑直径为5-20μm；所述二向分色镜(5)在光路中呈45°设置，所述二向分色镜(5)对
激光束的反射率大于90％，所述二向分色镜(5)对激发产生的荧光透射率大于90％；所
述二维扫描振镜(6)的光出射口相对所述扫描透镜(7)的入光口之间的距离小于20mm；
所述扫描透镜(7)的焦距大于10mm；所述第二光阑(10)位于所述透镜(9)的后焦平
面上，所述第二光阑(10)的直径小于100μm；
所述扫描光路单元用于对入射激光的过滤、光束的聚焦、光斑的移动、入射激光及荧
光信号的分离、光电信号的转化；所述扫描光路单元中，激光器(1)发出的入射激光通
过一准直镜进行激光准直形成平行光，再依次经扩束镜(2)进行扩束，由第一组滤光片
(41)过滤，由二向分色镜(5)反射到二维扫描振镜(6)中，在二维扫描振镜(6)中
二次反射后经由扫描透镜(7)聚焦到带有荧光标记物的被测微孔滤膜(8)表面；激发的
荧光依次经由扫描透镜(7)汇聚、二维扫描振镜(6)反射、二向分色镜(5)透射、第
二组滤光片(42)的过滤、透镜(9)的汇聚，最终经由第二光阑(10)形成的共焦孔过
滤后，投射到光电探测器(11)中，投射到光电探测器(11)中光信号经所述光电探测器
(11)转换为模拟电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李抄，毛佳文，陈锋，顾彪，吴太虎，杜耀华，李玲君，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12