一种便携式病原微生物电化学发光检测仪及检测方法与流程

1.本发明涉及生物检测技术领域，特别地是一种便携式病原微生物电化学发光检测仪及检测方法。


背景技术：

2.传染性病源微生物会频繁引发sars、mers、新型冠状病毒肺炎等各种公共卫生事件。根据世界卫生组织(who)统计，每年因全球因病菌导致的死亡人口超过1700万，约占全球死亡人口数量的1/3。不仅如此，有些病源微生物还会使工业产品、农副产品和生活用品发生腐蚀和霉烂等，严重威胁人类健康及经济发展，已成为全世界医学关注的重点。
3.针对传染性病原微生物的早期检测是构建防控体系中极为重要的一环，有利于及时对感染者进行隔离治疗并阻断病原体的进一步传播。目前，病原体体外检测主要有两种检测方法，第一种是抗体检测，主要利用酶联免疫吸附试验法、化学发光免疫分析法、胶体金免疫层析法等方法。而抗体检测目前面临着检测速度慢、易污染、使用环境的要求比较高、不适用早期诊断等问题，同时对于免疫功能偏弱的患者体内产生的抗体含量较低,容易造成抗体检测假阴性。相比于抗体检测，核酸检测，如基因组测序技术、荧光定量pcr技术等具备更高的灵敏度与特异性，能够检测到处于窗口期的患者，及早发现感染者，是目前检测的金标准。然而在核酸扩增的环节中，其扩增效率及特异性易受核苷酸混合物、靶dna引物和逆转录酶等试剂的影响，除此之外，核酸扩增需要经过变性、退火、延伸三步复杂的过程，需要专业的仪器设备和具有专业技能的检测人员，且耗时较长，不利于现场即时诊断及大规模检测。
4.对此，开发一种不依赖于扩增且具有灵敏度高、操作简便、成本低、检测速度快、集成度高、便携带等优势的新型冠状病毒检测技术成为亟待解决的问题，对传染性病原微生物的及时检测具有重要的科学价值及现实意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种操作简便、成本低、检测速度快的便携式病原微生物电化学发光检测仪及其病原微生物现场快速检测方法。
6.本发明通过以下技术方案实现的：
7.一种便携式病原微生物电化学发光检测仪，包括检测模块、数据处理模块、人机交互模块、电源模块及箱体；所述检测模块用于对待检测样品进行电化学发光检测；所述数据处理模块用于将所述检测模块收集到的模拟信号进行转换、统计及传输；所述人机交互模块用于检测条件输入及检测结果输出；所述箱体用于对所述检测模块、数据处理模块、人机交互模块、电源模块进行规范化组装；所述电源模块用于对所述检测模块、数据处理模块和人机交互模块进行供电并提供长时间续航功能；所述检测模块包括电化学发光检测芯片、电信号激发模块、光学信号检测模块及检测暗室。
8.进一步地，所述电化学发光检测芯片用于承载待检测液体，并提供电化学发光反
应所需的反应空间及激励电极。
9.进一步地，所述电信号激发模块连接所述电化学发光检测芯片上的激发电极，并在检测过程中提供稳定的激发电压。
10.进一步地，所述光学信号检测模块用于对电化学发光反应过程中产生的光学信号进行定量检测。
11.进一步地，所述检测暗室用于在检测过程中提供一个严格的避光环境，使检测结果免受外界光源影响。
12.进一步地，所述数据处理模块包括ad转换模块、计数模块、数据储存模块及数据传输模块；所述ad转换模块用于将所述光学信号检测模块所采集到的模拟信号转换成数字信号。
13.进一步地，所述计数模块用于在单位时间内统计检测到的数字脉冲个数；所述数据储存模块用于对检测数据进行储存；所述信号传输模块用于将检测数据传输至人际交互模块及远程服务器。
14.进一步地，所述人机交互模块包括触摸式输入模块、显示模块及操作界面；所述触摸式输入模块用于检测人员输入检测所需的具体条件；所述显示模块用于显示当前检测条件及检测结果；所述操作界面用于人机交互式的可视化显示及操作反馈。
15.进一步地，所述电源模块包括电池组及充电模块；所述电池组用于对所述检测模块、数据处理模块、人机交互模块和电源模块进行供电；所述充电模块主要用于对电池组进行充电。
16.进一步地，一种便携式病原微生物电化学发光检测仪的检测方法，包括以下步骤：
17.步骤s1、首先通过常规采集方式对受试者体液样品进行采集，通过高温裂解，可使样品中的病原微生物裂解，从而释放核酸物质；
18.步骤s2、检测前，检测人员需输入检测所需电压以及检测时长及门信号宽度；
19.步骤s3、实验条件输入完成后将裂解液滴加于检测芯片表面，由于其修饰有dna捕获探针，根据碱基互补配对原则，可将靶标捕获于检测芯片表面，再通过孵育电化学发光检测探针，可在检测电极上形成三明治结构，用于后续检测；
20.步骤s4、开启操作界面上的检测开关，程序将控制激发电压及光电倍增管的开启；通过在检测芯片上施加恒压直流电信号，可控制检测芯片表面的电化学发光反应进行，从而产生光学信号；利用光信号检测模块，可将反应产生的光信号强度进行记录，并进一步将记录的模拟信号转变为可被电脑识别的数字信号；通过将规定时间内检测到的光子信号进行统计并按时序进行汇总，可产生在输入时间段内光信号的实时检测结果，该结果可在人机交互界面进行显示，从而得到检测结果。
21.本发明的有益效果：
22.本发明通过设置检测模块、数据处理模块、人机交互模块、电源模块及箱体；检测模块用于对待检测样品进行电化学发光检测；数据处理模块用于将检测模块收集到的模拟信号进行转换、统计及传输；人机交互模块用于检测条件输入及检测结果输出；箱体用于对各个模块进行规范化组装；电源模块用于对各个模块进行供电并提供长时间续航功能；检测模块包括电化学发光检测芯片、电信号激发模块、光学信号检测模块及检测暗室；本发明不依赖于扩增且具有灵敏度高、操作简便、成本低、检测速度快、集成度高、便携带等优势，
对传染性病原微生物的及时检测具有重要的科学价值及现实意义。
附图说明
23.图1为本发明实施例便携式病原微生物电化学发光检测仪的基本原理图；
24.图2为本发明实施例检测模块结构示意图；
25.图3为本发明实施例数据处理模块结构示意图；
26.图4本发明实施例提供的检测操作界面示意图。
具体实施方式
27.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
28.需要说明，在本发明中如涉及“第一”、“第二”的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.实施例1
31.本发明所提供的一种便携式病原微生物电化学发光检测仪结构示意图如图1所示，主要包括检测模块、数据处理模块、人机交互模块、电源模块及箱体。
32.在本发明实施例中，所述检测模块用于对待检测样品进行电化学发光检测，主要包括电化学发光检测芯片、电信号激发模块、光学信号检测模块及检测暗室。其结构如图2所示。
33.在本发明实施例中，所述电化学发光检测芯片主要用于承载待检测液体，并提供电化学发光反应所需的反应空间及激励电极。
34.作为本发明的一个优选实施例中，所述电化学发光检测芯片为纸基双极性电化学发光检测芯片，包括基本双极性电极结构及对应亲、疏水区域。其中工作电极表面修饰有用于捕获核酸的dna探针。所选测试样品为人体咽拭子采集物。当采集物中含有待检测病原体时，通过加单的加热冷却反应，可使病原体核酸物质释放，并被检测芯片捕获。进一步通过孵育电化学发光检测探针，在工作电极表面形成传统检测的“三明治”结构，可实现后续检测信号输出。
35.在本发明实施例中，所述电信号激发模块主要连接检测芯片上的激发电极，并在检测过程中提供稳定的激发电压。
36.作为本发明的一个优选实施例中，所述电信号激发模块为直流稳压电源模块，电压范围0—30v，调节精度0.01v。电源两级分别连接电化学发光检测芯片的两个驱动电极。电源可受程序控制调节至指定工作电压，并可通过程序控制完成自动开关。
37.在本发明实施例中，所述光学信号检测模块主要用于对电化学发光反应过程中产生的光学信号进行定量检测。
38.作为本发明的一个优选实施例中，所述光学检测模块为单光子计数型光电倍增管，外接24v直流电压供电，有程序控制开启或关闭检测。可对反应芯片上产生的光学信号进行单光子级采集。
39.在本发明实施例中，所述检测暗室主要用于在检测过程中提供一个严格的避光环境，使检测结果免受外界光源影响。
40.作为本发明的一个优选实施例中，所述暗室为铝质腔体，包括腔体主体，顶盖、样品盖、传输线路接口。
41.作为本发明的一个优选实施例中，所述腔体主体为六面体结构，开口处设有“回”字型凹槽。
42.作为本发明的一个优选实施例中，所述顶盖用于安装光电倍增管，并设有“回”字形凸出，与腔体主体顶部凹槽相匹配。
43.作为本发明的一个优选实施例中，所述样品盖包括检测芯片安置凹槽及“回”字型凸出，与腔体出题前部凹槽相匹配。
44.作为本发明的一个优选实施例中，所述传输线路接口为标准rs
‑
232接口。
45.在本发明实施例中，所述数据处理模块主要用于将检测器收集到的模拟信号进行转换、统计及传输，主要包括ad转换模块、计数模块、数据储存模块及数据传输模块。
46.在本发明实施例中，所述ad转换模块主要用于将光学检测模块所采集到的模拟信号转换成数字信号。
47.在本发明实施例中，所述计数模块主要用于在单位时间内统计检测到的数字脉冲个数。
48.作为本发明的一个优选实施例中，ad转换模块与计数模块集成在一起，将单光子级光电倍增管所检测产生的模拟信号进行转变，形成可用于电脑分析的数字信号。
49.在本发明实施例中，所述数据储存模块主要用于对检测数据进行储存。
50.作为本发明的一个优选实施例中，数据存储模块主要包括内存条及固态硬盘。
51.在本发明实施例中，所述信号传输模块主要用于将检测数据传输至人际交互模块及远程服务器。
52.作为本发明的一个优选实施例中，远程数据传输主要为ec2.0.r 2.1芯片，支持ltd
‑
fdd、ltd
‑
tdd、wcdma、cdma、gsm等多种网络制式。
53.在本发明实施例中，所述人机交互模块主要用于检测条件输入及检测结果输出，主要包括触摸式输入模块、显示模块及操作界面。
54.在本发明实施例中，所述输入模块主要用于操作人员将信息输入电脑。
55.作为本发明的一个优选实施例中，输入模块为电容式多点触摸屏，可通过感应人体电流实现触摸输入。
56.在本发明实施例中，所述显示模块主要用于机器信息显示。
57.作为本发明的一个优选实施例中，显示模块为液晶彩色显示器。
58.在本发明实施例中，所述操作界面主要用于人机交互式的可视化显示及操作反馈。
59.作为本发明的一个优选实施例中，所述操作界面主要可实现输入功能及输出功能。
60.作为本发明的一个优选实施例中，所述输入功能主要包括：人工输入检测所需的电压、检测时长、门电路宽度、待测样品id、开启/关闭检测。
61.作为本发明的一个优选实施例中，所述输出功能主要包括：实时检测结果。
62.在本发明实施例中，所述电源模块主要用于对检测仪器进行供电并提供长时间续航功能，主要包括电池组及充电模块。
63.在本发明实施例中，所述电池组主要用于对仪器内部各个功能模块进行供电。
64.作为本发明的一个优选实施例中，所述电池组为16800mah锂电池组，工作/充电电压为12v。
65.在本发明实施例中，所述充电模块主要用于对电池组进行充电。
66.作为本发明的一个优选实施例中，所述充电模块为12v直流充电器，输入电压220vac，输出电压12vdc，dc头接口。
67.在本发明实施例中，所述箱体主要用于对各个模块进行规范化组装。
68.作为本发明的一个优选实施例中，箱体主要材料为聚丙烯。
69.实施例2
70.本发明所提供了一种利用实施例1所述仪器对病原微生物进行现场快速检测的方法，包括以下步骤：
71.在本发明实施例中，首先通过常规采集方式对受试者体液样品进行采集，通过高温裂解，可使样品中的病原微生物裂解，从而释放核酸物质。
72.检测前，检测人员需输入检测所需电压以及检测时长及门信号宽度。
73.实验条件输入完成后将裂解液滴加于检测芯片表面，由于其修饰有dna捕获探针，根据碱基互补配对原则，可将靶标捕获于检测芯片表面，进一步的，通过孵育电化学发光检测探针，可在检测电极上形成“三明治”结构，用于后续检测。
74.开启操作界面上的检测开关，程序将控制激发电压及光电倍增管的开启。通过在检测芯片上施加恒压直流电信号，可控制检测芯片表面的电化学发光反应进行，从而产生光学信号。利用光信号检测模块，可将反应产生的光信号强度进行记录，并进一步将记录的模拟信号转变为可被电脑识别的数字信号。通过将规定时间内检测到的光子信号进行统计并按时序进行汇总，可产生在输入时间段内光信号的实时检测结果，该结果可在人机交互界面进行显示，从而得到检测结果。
75.作为本发明的一个优选实施例中，所构建人机交互界面如图4所示。
76.本发明通过设置检测模块、数据处理模块、人机交互模块、电源模块及箱体；检测模块用于对待检测样品进行电化学发光检测；数据处理模块用于将检测模块收集到的模拟信号进行转换、统计及传输；人机交互模块用于检测条件输入及检测结果输出；箱体用于对各个模块进行规范化组装；电源模块用于对各个模块进行供电并提供长时间续航功能；检测模块包括电化学发光检测芯片、电信号激发模块、光学信号检测模块及检测暗室；本发明
不依赖于扩增且具有灵敏度高、操作简便、成本低、检测速度快、集成度高、便携带等优势，对传染性病原微生物的及时检测具有重要的科学价值及现实意义。
77.以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。