一种便携式高通量微生物即时检测设备

1.本实用新型涉及微生物检测技术领域，具体涉及一种便携式高通量微生物即时检测设备。


背景技术：

2.目前人类面临的许多环境问题、食品安全问题、疾病问题等都与微生物有关，但是上述问题往往不是由单一微生物引起，而是由于多种主要微生物共同作用。以传染病为例，它可能由多种病毒、细菌及q热立克次氏体、肺炎支原体、肺炎衣原体等引起，由于其传染性强，致病率高，给全世界造成了巨大损失。伴随着来自社会各界的高度关注，核酸诊断技术正在经历高速的创新和发展，核酸扩增及检测指的是核酸模块在特定的条件下进行扩增，通过荧光读值、其他方法定性或定量检测核酸数量的变化，达到诊断的目的。
3.常见的核酸扩增方法有聚合酶链式反应(pcr)和等温扩增。聚合酶链式反应是在体外环境下，dna在95℃温度下完成变性，双链解开，降温到55℃后单链与合成引物配对形成部分双链，再升温至72℃，在聚合酶的作用下，引物延伸形成新的dna片段，dna分子进行半保留复制，分子数翻倍。进行周期性阶段循环，即可达到目的基因快速扩增的目的。作为一种常规的扩增技术，由于其灵敏度高特异性强已经大范围应用，但是pcr需要专业人员对复杂设备进行操作，在现场中的快速检测难以大规模应用。环介导等温扩增(lamp)技术是在特定的恒温温度场中，使用特定的蛋白酶解旋dna，使dna片段进行特异性扩增。在2000年由notomi等提出，dna在65℃环境中，如果双链dna的互补部位有引物进行碱基配对延伸，另外一条链就会变成单链。所以lamp反应划分为起始物合成阶段和循环扩增阶段两个阶段。在恒温条件(60℃～65℃)下几十分钟就可以完成扩增。作为一种新兴的扩增方法，lamp拥有反应速度快，设备需求低，结果易甄别的优点。
4.当前已有许多用于核酸扩增的自动化化核酸扩增装置与系统，如：清华大学和博奥生物集团有限公司的黄国亮等人提出的一种高通量微流控芯片核酸扩增分析检测系统，但是由于该系统含有公转与自转复合运动平台、多轴运动控制系统、多路pid温度控制系统、光学检测系统和数据采集处理及显示系统，使得整个设备造价较高，并且功耗很大，且增加了设备的整体重量，体积庞大且不易携带，不方便移动和在有限空间进行检验工作的开展，尤其是在基层医疗机构、野外灾害救护活动中等需要即时快速地做出诊断的各种场景，比如灾区中的应用需求，道路崎岖汽车等交通运输工具不易进出，使得设备很难得运送进去，给现场即使检测造成很大的困难。因此有必要开发一种小型化、便携性及低功耗的微生物即时检测设备，满足需要即时快速地做出诊断的各种情景需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种便携式高通量微生物即时检测设备，该检测设备具有体积小、重量轻、成本低、便携和功耗低的特点。
6.本实用新型采用以下具体技术方案：
7.一种便携式高通量微生物即时检测设备，该检测设备包括壳体、高速离心装置、恒温扩增装置、荧光检测装置以及控制装置；所述高速离心装置、所述恒温扩增装置、所述荧光检测装置以及所述控制装置均安装于所述壳体内；
8.所述壳体包括左侧上盖、右侧上盖、左侧按键以及右侧按键；所述左侧上盖和所述右侧上盖设置于顶部；所述左侧按键与所述左侧上盖传动连接，用于开启所述左侧上盖；所述右侧按键与所述右侧上盖传动连接，用于开启所述右侧上盖；
9.所述高速离心装置包括固定安装于所述壳体内的直流电机和与所述直流电机的输出轴固定连接的电机轴法兰，所述直流电机与所述控制装置连接；
10.所述恒温扩增装置包括固定安装于所述壳体的芯片支架、固定于所述右侧上盖的内侧的镀镍铜环和温度传感器；所述芯片支架的周向均匀分布有多个穿孔；所述镀镍铜环和温度传感器均与所述控制装置连接；
11.所述荧光检测装置包括光学单元和驱动所述光学单元转动的驱动单元；所述光学单元包括支架、激发光源、二色镜、窄带滤色片、光学传感器以及平凸透镜；所述激发光源与所述二色镜连接，所述二色镜与所述窄带滤色片连接，所述窄带滤色片与所述光学传感器连接，所述平凸透镜与所述二色镜连接；
12.所述控制装置与所述直流电机、所述镀镍铜环、所述温度传感器、所述激发光源、所述驱动单元以及所述光学传感器连接。
13.更进一步地，所述壳体包括左侧铝合金支架、右侧铝合金支架、内侧上盖板以及中盖板；
14.所述左侧铝合金支架和所述右侧铝合金支架均沿竖直方向设置；所述内侧上盖板固定连接于所述左侧铝合金支架和所述右侧铝合金支架的顶部；所述中盖板固定连接于所述内侧上盖板的顶部；
15.所述左侧上盖和所述右侧上盖铰接于所述中盖板的顶部。
16.更进一步地，所述高速离心装置还包括左侧微动开关、左侧传感器压轴以及固定安装于所述壳体的左侧指示灯；
17.所述左侧传感器压轴与所述左侧微动开关和所述左侧上盖连接；
18.所述左侧指示灯和所述左侧微动开关均与所述控制装置连接；
19.所述左侧上盖设置有左侧上盖透明窗口；
20.所述直流电机固定于所述内侧上盖板的底侧。
21.更进一步地，所述恒温扩增装置还包括固定于所述右侧上盖内侧的右侧压板以及安装于所述壳体的右侧指示灯；
22.所述镀镍铜环和所述温度传感器均固定于所述右侧压板；
23.所述右侧指示灯连接所述控制装置；
24.所述镀镍铜环和所述温度传感器通过导线与所述控制装置连接；
25.所述中盖板设置有用于穿设所述导线的通孔。
26.更进一步地，所述荧光检测装置还包括与所述控制装置连接的光电开关和右侧微动开关；
27.所述驱动单元包括步进电机、螺杆、滑环、固定盘、法兰以及转盘；
28.在所述内侧上盖板的底端通过四个所述螺杆安装有所述固定盘；
29.所述步进电机与所述控制装置连接；
30.所述激发光源和所述光学传感器均通过所述滑环连接所述控制装置；
31.所述法兰固定于所述转盘，所述滑环连接于所述法兰和所述步进电机之间；
32.所述光学单元固定安装于所述转盘；所述转盘设置有与所述平凸透镜相对应的透光孔；
33.所述荧光检测装置用于检测所述芯片支架上样品的光信号。
34.更进一步地，所述荧光检测装置还包括与所述右侧上盖连接的右侧传感器压轴；
35.所述右侧传感器压轴与所述右侧微动开关连接。
36.更进一步地，所述步进电机通过步进电机支架固定安装于所述固定盘。
37.更进一步地，所述控制装置包括电源开关、控制板以及用于安装所述控制板的控制板支架；
38.所述电源开关连接所述控制板；
39.所述控制板支架安装于所述壳体的底部。
40.更进一步地，所述激发光源为蓝色led。
41.有益效果：
42.本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备将高速离心装置、恒温扩增装置、荧光检测装置以及控制装置集成于一体，提高了检测效率；荧光检测装置包括光学单元和驱动单元，通过驱动单元驱动光学单元转动能够实现多个孔位的检测，采用驱动单元和光学单元代替现有技术中的多个光学单元，从而使检测设备实现了体积小、重量轻、成本低、便携和功耗低的特点。
附图说明
43.图1为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的整体结构示意图；
44.图2为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的内部结构示意图；
45.图3为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的内部结构示意图；
46.图4为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的内部结构示意图；
47.图5为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的光学单元的结构示意图；
48.图6为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的中盖板的仰视图；
49.图7为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的中盖板的俯视图；
50.图8为本实用新型的便携式高通量微生物即时检测设备的控制板和控制板支架的装配结构示意图。
51.其中，1-透光孔，2-左侧微动开关，3-直流电机，4-内侧上盖板，5-镀镍铜环，6-右侧压板，7-中盖板，8-左侧上盖透明窗口，9-左侧上盖，10-右侧上盖，11-通孔，12-右侧传感器压轴，13-微动开关，14-光学单元，15-螺杆，16-滑环，17-步进电机支架，18-步进电机，19-固定盘，20-法兰，21-转盘，22-光电开关，23-微流控芯片，24-芯片支架，25-左侧电机轴法兰，26-激发光源，27-平凸透镜，28-二色镜，29-窄带滤色片，30-光学传感器，31-支架，32-控制板支架，33-控制板，34-左侧指示灯，35-左侧按键，36-右侧指示灯，37-右侧按键，38-左侧铝合金支架，39-右侧铝合金支架，40-左侧传感器压轴
具体实施方式
52.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
53.本实用新型提供了一种便携式高通量微生物即时检测设备，如图1、图2、图3和图4结构所示，该检测设备包括壳体、高速离心装置、恒温扩增装置、荧光检测装置以及控制装置；高速离心装置、恒温扩增装置、荧光检测装置以及控制装置均安装于壳体内；
54.如图1结构所示，壳体包括左侧上盖9、右侧上盖10、左侧按键35以及右侧按键37；左侧上盖9和右侧上盖10设置于顶部；左侧按键35与左侧上盖9传动连接，用于开启左侧上盖9；右侧按键37与右侧上盖10传动连接，用于开启右侧上盖10；
55.如图2、图3和图7结构所示，高速离心装置包括固定安装于壳体内的直流电机3和与直流电机3的输出轴固定连接的电机轴法兰20，直流电机3与控制装置连接；
56.如图3、图6和图7结构所示，恒温扩增装置包括固定安装于壳体的芯片支架24、固定于右侧上盖10的内侧的镀镍铜环5和温度传感器；芯片支架24的周向均匀分布有多个穿孔；镀镍铜环5和温度传感器均与控制装置连接；
57.如图2和图5结构所示，荧光检测装置包括光学单元14和驱动光学单元14转动的驱动单元；光学单元14包括支架31、激发光源26、二色镜28、窄带滤色片29、光学传感器30以及平凸透镜27；激发光源26与二色镜28连接，二色镜28与窄带滤色片29连接，窄带滤色片29与光学传感器30连接，平凸透镜27与二色镜28连接；激发光源26可以为蓝色led，并且led光源可用激光器、汞灯等光源 滤色片方式进行替代；光学传感器30可以采用光电倍增管(pmt)、雪崩二极管(apd)、硅光电池等光电传感器替代；
58.控制装置与直流电机3、镀镍铜环5、温度传感器、激发光源26、驱动单元以及光学传感器30连接，通过控制装置可以对直流电机3、镀镍铜环5、温度传感器、激发光源26、驱动单元以及光学传感器30进行控制。
59.上述便携式高通量微生物即时检测设备包括安装于壳体内的高速离心装置、恒温扩增装置、荧光检测装置以及控制装置，高速离心装置用于对微流控芯片23进行固定并对芯片上的样品进行离心，恒温扩增装置用于将扩增温度保持恒定，实现样品的恒温扩增，荧光检测装置用于检测扩增后的样品发出的光信号，从而实现离心进样、恒温扩增和检测的一体化，提高了检测效率；荧光检测装置采用驱动单元驱动光学单元14转动，从而实现在转动的过程中通过一个光学单元14即可完成多个孔位的样本检测，采用驱动单元驱动光学单元14转动来代替现有技术中的多个光学单元14，降低了检测设备的体积、重量和成本，从而使检测设备实现了体积小、重量轻、成本低、便携和功耗低的特点。
60.一种具体的实施方式中，如图1和图2结构所示，壳体包括左侧铝合金支架38、右侧铝合金支架39、内侧上盖板4以及中盖板7；左侧铝合金支架38和右侧铝合金支架39相对设置，并且均沿竖直方向延伸；内侧上盖板4固定连接于左侧铝合金支架38和右侧铝合金支架39的顶部；中盖板7固定连接于内侧上盖板4的顶部；左侧上盖9和右侧上盖10铰接于中盖板7的顶部，从而能够实现左侧上盖9和右侧上盖10的转动开启和关闭。壳体还可以包括固定安装于左侧铝合金支架38和右侧铝合金支架39外侧的蒙皮(图中未示出)。
61.壳体采用铝合金支架31构成整体框架，由于铝合金具有密度低、强度高的特点，因此，采用铝合金支架31能够进一步降低检测设备的重量。
62.如图2和图4结构所示，高速离心装置还包括左侧微动开关2、左侧传感器压轴40以
及固定安装于壳体的左侧指示灯34；左侧传感器压轴40与左侧微动开关2和左侧上盖9连接；左侧指示灯34和左侧微动开关2均与控制装置连接；左侧上盖9设置有左侧上盖透明窗口8；直流电机3固定于内侧上盖板4的底侧。
63.由于左侧传感器压轴40与左侧微动开关2和左侧上盖9连接，通过左侧上盖9的开关能够实现左侧传感器压轴40的联动，从而实现左侧微动开关2的开闭，实现直流电机3的自动控制，通过左侧传感器压轴40与左侧微动开关2能够实现在左侧上盖9打开时直流电机3停止工作，在左侧上盖9关闭时直流电机3进行转动完成离心运动。
64.如图6和图7结构所示，恒温扩增装置还包括固定于右侧上盖10内侧的右侧压板6以及安装于壳体的右侧指示灯36；镀镍铜环5和温度传感器均固定于右侧压板6；右侧指示灯36连接控制装置；镀镍铜环5和温度传感器通过导线与控制装置连接；中盖板7设置有用于穿设导线的通孔11。
65.如图2结构所示，荧光检测装置还包括与控制装置连接的光电开关22和右侧微动开关13、以及与右侧上盖10连接的右侧传感器压轴12；驱动单元包括步进电机18、螺杆15、滑环16、固定盘19、法兰20以及转盘21；在内侧上盖板4的底端通过四个螺杆15安装有固定盘19；步进电机18与控制装置连接；激发光源26和光学传感器30均通过滑环16连接控制装置；法兰20固定于转盘21，滑环16连接于法兰20和步进电机18之间；光学单元14固定安装于转盘21；转盘21设置有与平凸透镜27相对应的透光孔1；荧光检测装置用于检测芯片支架24上样品的光信号；右侧传感器压轴12与右侧微动开关13连接。步进电机18可以通过步进电机支架17固定安装于固定盘19。光电开关22的定位功能也可以采用编码器、光栅尺等相似功能组件替换。
66.在上述各种实施例的基础上，控制装置包括电源开关、控制板33以及用于安装控制板33的控制板支架32；电源开关连接控制板33；控制板支架32安装于壳体的底部。
67.上述便携式高通量微生物即时检测设备配合微流控芯片23使用，具有支持微流控芯片23离心进样、多目标扩增、荧光检测的功能；采用在内侧上盖板4两侧分别设置直流电机3、恒温扩增装置以及荧光检测装置，集成在一个壳体内，控制装置控制离心进样过程、多目标扩增和荧光检测过程；检测设备采用“滑环16 步进电机18”的组合结构可以防止内部电线绞死，实现连续转动检测，采用“光电开关22 转盘21”的组合结构可以精确控制转盘21转动的初始位置，采用“光学单元14 转盘21”的组合结构可以实现对多个孔位的检测。
68.采用上述结构的便携式高通量微生物即时检测设备拥有小型化的特点，体积及重量小，成本低，便于携带，所需功耗低，有效减少资源的利用，可应用于多种复杂条件环境中。
69.上述便携式高通量微生物即时检测设备的离心进样及扩增检测过程为：
70.按下左侧按键35打开左侧上盖9，将芯片装载入设备内的左侧电机轴法兰25，左侧上盖9盖到中盖板7，离心开始时直流电机3启动，指示灯亮，离心结束时直流电机3关闭，指示灯灭；
71.按下左侧按键35取出芯片，盖上左侧上盖9，按下右侧按键37将芯片放到法兰20，盖上右侧上盖10，镀镍铜环5贴到芯片表面，滑环16随着步进电机18转动，转盘21随着滑环16转动，共焦光学检测模块与转盘21同时转动，转盘21从零位转动，零位由光电开关22确定，扩增开始，镀镍铜环5保持恒定温度，步进电机18启动，蓝色led激发光经过二色镜28反
射到平凸透镜27，再由平凸透镜27透过透光孔1照射到芯片上，芯片中样品激发的光经透光孔1、平凸透镜27、二色镜28、窄带滤色片29照射到光学传感器30，光学传感器30接收到信号，信号由控制装置进行处理。
72.综上，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。