便攜式致病菌快速檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及自動化控制領域，尤其設及一種便攜式致病菌快速檢測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于食源性致病微生物中毒事件頻發、動植物病原體變異或跨境傳播W 及轉基因成分的安全性等，引發的生物安全問題越來越突出。生物安全領域的檢測技術和 檢測裝備成為研究的熱點之一。譬如2013年發生新西蘭"肉毒桿菌"奶粉事件和德國"毒 黃瓜"和"滲假馬肉成分"等事件，W致國內外食品安全形勢的不斷惡化。在該個背景下，任 何一項有利于致病微生物及其基因成分的快速檢測技術均有巨大的應用價值和市場前景。
[0003] 本發明旨在開發的便攜式基因擴增檢測裝置，首先利用手持式磁力架提取樣品中 的核酸DNA，然后采用恒溫的解育器進行核酸擴增，并利用微型光電檢測器，對結果進行分 析和判讀。本發明開發的其裝備不僅原理特別，且輕巧便攜，造價低于市售的同類的生物基 因檢測設備。譬如，杜邦公司推出的BAX⑩Q7全自動病原微生物快速檢測系統，系采用巧 光定量PCR的原理對微生物進行檢測，該系統BAXQ7重量多達40公斤，售價高達40余萬 人民幣。再如美國BioLumix公司的BioLumix32,系采用32個并行的檢測管，根據微生物 液體培養基中的化學特性變化，再通過感光試劑進行檢測。Biolumix32系統的重量為14公 斤。且不說上述商化系統的靈敏度和準確性，就其重量和售價而言，并不適合食品微生物的 現場檢測工作。日本榮研公司的實時濁度儀W及其它普通PCR儀也可W應用于食品微生物 的基因快速檢測，但并未集成核酸提取部件，自動化程度低，設備笨重，只適合實驗室檢測。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種便攜式 致病菌快速檢測方法。
[0005] 為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種便攜式致病菌快速檢測系統，其 關鍵在于，包括：電源單元、第一控制巧片、第二控制巧片、恒溫控制單元、激光檢測單元、核 酸提取單元、人機交互模塊、通訊模塊，
[0006] 所述電源單元電源輸出端連接核酸提取單元電源輸入端，所述電源單元電源輸出 端還連接第一控制巧片電源輸入端，所述第一控制巧片恒溫信號傳輸端連接恒溫控制單元 信號傳輸端，所述激光檢測單元信號傳輸端連接第一控制巧片激光信號傳輸端，所述恒溫 控制單元和激光檢測單元電源輸入端連接電源單元電源輸出端，所述第一控制巧片信號輸 出端通過串口通信連接第二控制巧片信號輸入端，所述第二控制巧片信號輸出端連接人機 交互模塊信號輸入端，所述電源單元分別連接第二控制巧片電源輸入端和人機交互模塊電 源輸入端，通訊模塊數據傳輸端連接上位機數據接收端，所述通訊模塊控制巧片數據傳輸 端連接第一控制巧片和第二控制巧片數據傳輸端。
[0007] 上述方案的有益效果為；通過上述控制電路能夠實現核酸的分析與判斷，快速檢 測結果，并且實時顯示數據。
[0008] 本發明還公開一種便攜式致病菌快速檢測裝置，其關鍵在于，包括：核酸提取模 塊、加熱槽1、加熱片2、控制電路板3、激光傳感器固定座5、激光傳感器14、激光發射器6、 激光發射器下固定座7,待測物質放置孔22、待測物質固定片23、激光過孔24，
[0009] 激光發射器6固定在激光發射器下固定座7上，激光傳感器14固定在激光傳感器 固定座5上，激光發射器6、加熱槽1和激光傳感器14依次平行放置，加熱槽1立面設置激 光過孔24,由激光發射器6發出的激光穿過激光過孔24到達激光傳感器14，
[0010] 加熱槽1頂面封蓋待測物質固定片23,在待測物質固定片23上開設待測物質放置 孔22,在待測物質放置孔22下方的加熱槽1設置凹槽，用于放置待測物質，激光發射時，穿 過凹槽內的待測物質；
[0011] 加熱片2放置在加熱槽1和加熱槽固定座13之間；
[0012] 所述核酸提取模塊插入裝有待提取待物質的試管中提取待測物質的核酸。
[0013] 上述技術方案的有益效果為；通過將檢測裝置安裝在檢測系統中，結合檢測系統 的檢測結構有效的進行待測物質的檢測。
[0014] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，有效的，所述核酸提取模塊包括；提手16、彈 力固定夾17、接觸椿19、磁力區20、管套18，
[0015] 提手16下端安裝固定板，所述固定板下端設置彈力固定夾17,所述彈力固定夾17 用于固定管套18,所述接觸椿19固定在固定板的固定孔，所述固定孔的內螺紋與接觸椿19 的外螺紋相配合，將接觸椿19固定在固定板上，所述接觸椿19底端進行磁化產生磁力區 20,所述磁力區20用于探入加熱槽1的凹槽中吸附磁珠，所述提手16兩側由連接柱21與 固定板進行連接。
[0016] 上述技術方案的有益效果為；核酸提取模塊結構設計合理，攜帶方便。
[0017] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，還包括；激光發射器上固定座15，
[0018] 所述激光發射器上固定座15為對合而成的夾持部件，所述激光發射器上固定座 15中間夾持激光發射器6,通過穿釘將對合而成的激光發射器上固定座15固定，所述穿釘 穿過激光發射器上固定座15釘入激光發射器下固定座7。
[0019] 上述技術方案的有益效果為：激光發射器上固定座壓固激光發射器，從而使激光 發射穩定，不產生偏差。
[0020] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，還包括；隔熱板12,所述隔熱板12包 覆在加熱槽1和加熱槽固定座13周圍，所述隔熱板12與激光過孔24相對的兩側立面開設 透光孔。
[0021] 上述技術方案的有益效果為；隔熱板能夠防止使用者燙傷，并且使加熱槽內的待 測物質保持溫度恒定。
[0022] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，還包括：顯示模組9,所述顯示模組9 安裝在控制電路板3上，用于顯示數據。
[0023] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，還包括：微調旋鈕10,所述微調旋鈕 10設置在激光傳感器固定座5的下方的四周，用于調節激光傳感器14的高度。
[0024] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，所述控制電路板3包括；第一控制巧 片、第二控制巧片、恒溫控制單元、激光檢測單元、電源，
[0025] 所述第一控制巧片信號傳輸端連接第二控制巧片信號傳輸端，所述第一控制巧片 恒溫信號傳輸端連接恒溫控制單元信號傳輸端，所述激光檢測單元信號傳輸端連接第一控 制巧片激光檢測信號端，所述電源連接第一控制巧片、第二控制巧片、顯示模組、恒溫控制 單元、激光檢測單元的電源輸入端。
[0026] 所述的便攜式致病菌快速檢測裝置，優選的，所述恒溫控制單元包括；溫度傳感 器、加熱器和M0S管，
[0027] 所述加熱器一端連接M0S管漏極，所述加熱器另一端連接電源正極，所述電源負 極連接M0S管源極，所述M0S管柵極連接第一控制巧片PWM脈沖調制端，所述溫度傳感器溫 度信號輸入端連接加熱器溫度信號輸出端，所述溫度傳感器溫度信號輸出端連接第一控制 巧片溫度信號輸入端。
[0028] 上述技術方案的有益效果為：通過恒溫控制單元保證加熱槽中的待測物質保證恒 溫，效果顯著。
[0029] 本發明還公開一種用于便攜式致病菌快速檢測裝置的檢測方法，其關鍵在于，包 括：
[0030]步驟1，在待測物質中加入磁珠，將待測物質放入加熱槽中通過恒溫控制單元進行 恒溫加熱，將核酸提取模塊放入待測物質中，根據核酸提取模塊的磁力區將吸附核酸的磁 珠吸出；
[0031] 步驟2,通過加熱器對待測物質進行加熱，加熱控制方法為；
[0032]W陶瓷加熱器的實時溫度與設定值之間的溫度差和溫差變化率為模糊控制器的 輸入量，通過模糊控制器得出AKp、AKi和AKd的值，再根據自整定公式
[0033] Kp= K P0+ A Kp
[0034] Ki= Kio+AKi [OCK35] Kd=Kdq+AKd
[003引計算出整定后的比例系數Kp、積分系數Ki、微分系數的值Kd的值，其中AKp表示比 例系數的變化量，AKi表示比例系數的初始值；AKd表示積分系數的變化量，Kp。表示積分 系數的初始值；Ki。表示微分系數的變化量，KD。表示微分系數的初始值；再將KP、Ki和KD整 定后的值輸入PID控制器中，PID控制器的微分方程為
[0037]
【主權項】
1. 一種便攜式致病菌快速檢測方法，其特征在于，包括： 步驟1，在待測物質中加入磁珠，將待測物質放入加熱槽中通過恒溫控制單元進行恒溫 加熱，將核酸提取模塊放入待測物質中，根據核酸提取模塊的磁力區將吸附核酸的磁珠吸 出； 步驟2,通過加熱器對待測物質進行加熱，加熱控制方法為： 在模糊PID控制器中，系統的性能由模糊控制和PID控制共同決定，模糊控制能夠整定 P、I、D參數值，積分作用決定系統的響應速度；積分作用消除系統的穩態誤差；微分環節能 預測誤差變化的趨勢，提前使抑制誤差的控制作用等于零或為負值； 恒溫系統中，定義設定值與實際值之間的溫差e (k)和溫差變化率e。(k)，實際的輸出值 u⑴為MOS管的占空比，通過控制占空比控制陶瓷加熱片，達到加熱待測物質的目的； 步驟3,激光發射器發射激光，激光穿過激光過孔照射在待測物質上，激光傳感器接收 從激光過孔中穿出的激光，通過控制電路板進行分析之后，在顯示模組上顯示待測物質的 檢測數據。
2. 根據權利要求1所述的便攜式致病菌快速檢測方法，其特征在于，所述步驟2包括： 以陶瓷加熱器的實時溫度與設定值之間的溫度差和溫差變化率為模糊控制器的輸入 量，通過模糊控制器得出ΛΚΡ、ΛΚ#Ρ AKd的值，再根據自整定公式 Kp= K P0+Δ Kp Ki=KiJAKi Kd= K do+AKd 計算出整定后的比例系數KP、積分系數心、微分系數的值Kd的值，其中ΛΚΡ表示比例系 數的變化量，AK1表示比例系數的初始值；AKd表示積分系數的變化量，Kpci表示積分系數 的初始值；K ltl表示微分系數的變化量，Kdci表示微分系數的初始值；再將K Ρ、&和K D整定后 的值輸入PID控制器中，PID控制器的微分方程為
式中的，則PID控制器的傳輸函數為，其中et為陶瓷加熱器的實時溫度與設定值之間 的溫度差，dt為時間的微分，<為陶瓷加熱器的實時溫度與設定值之間的溫度差的微分。
;其中，Kp為比例系數；T1為積分時間常數；T D為微分 時間常數；D(S)為占空比；E(S)為偏差；U(S)為輸出量； 恒溫控制單元中，e(k)和ejk)表示設定值與實際值之間的溫差和溫差變化率，實際的 輸出值u⑴為MOS管的占空比，通過控制占空比對被控對象進行控制。
【專利摘要】本發明公開了一種便攜式致病菌快速檢測方法，包括步驟1，在待測物質中加入磁珠，將待測物質放入加熱槽中通過恒溫控制單元進行恒溫加熱，將核酸提取模塊放入待測物質中，根據核酸提取模塊的磁力區將吸附核酸的磁珠吸出；步驟2，通過加熱器對待測物質進行加熱，步驟3，激光發射器發射激光，激光穿過激光過孔照射在待測物質上，激光傳感器接收從激光過孔中穿出的激光，通過控制電路板進行分析之后，在顯示模組上顯示待測物質的檢測數據。本發明體現了經濟性和輕便性，檢測準確高效。
【IPC分類】G01N21-00
【公開號】CN104865186
【申請號】CN201510288734
【發明人】凌睿, 王昱, 劉偉, 黃雪莉, 余大俠
【申請人】重慶大學, 重慶出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月29日