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专利名称:基于发光二极管的荧光微生物检测仪的制作方法
技术领域:
本实用新型属于环境微生物检测及污染控制技术领域,涉及一种利用发光二极管(LED)作为微生物内源荧光物质的激发光源的空气微生物(细菌和真菌)检测技术,具体地说是一种基于发光二极管的突光微生物检测仪。
背景技术:
现有技术中,许多生产环境需要进行严格的环境污染物(包括尘埃粒子及细菌)控制。在公共卫生相关的行业,比如,在制药及医疗器械生产环境中,不仅需要对空气中的总粒子数进行控制,同时还需要控制细菌及真菌的数目。微生物可以导致药品(器械)受到污染而产生伤害患者的潜在风险。而且,对污染事件进行实时检测,获得污染源的即时信息,确认是生物污染还是非生物污染,在药厂或医疗器械厂的生产中极其重要。传统的微生物检测手段是通过微生物采样器采集空气微生物,通过培养基来培养3-5天后再进行鉴别。从收集微生物到培养后检测这段时间的延误对于生产过程的控制来说是一个很大的问题。现在,新的微生物实时检测方法逐渐被引入生产环境控制环节。比如,用于检测微生物自发荧光物质(如还原型辅酶NADH、核黄素)的光学检测仪器已经面世,这些光学检测仪器具备即时给出微生物污染检测结果的优势,这一优势使医疗保健相关行业受益匪浅。这些空气微生物光学检测仪大部分是使用激光二极管作为光源,这些光源具备合适的波长,对于微生物体内的荧光物质具备良好的激发作用。但是这些激光二极管光源非常昂贵。从降低成本,延长光源寿命的角度出发,使用发光二极管
(LED)来替代激光二极管作为微生物检测过程中的荧光激发光源是一个更好的选择。与激光二极管相比,发光二极管的光能量扩散更广,若要使用发光二极管作为微生物检测过程荧光激发光源,需要对发光二极管进行一些特殊的光学修改,将发光二极管发散的发射光收集起来,以产生一个能够有效激发生物荧光的光束。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种基于发光二极管的荧光微生物检测仪,该检测仪利用发光二极管(LED)作为微生物内源荧光物质的激发光源,能够对空气微生物(细菌和真菌)进行即时检测,并且制造成本较低。按照本实用新型提供的技术方案基于发光二极管的荧光微生物检测仪,包括光源,其特征在于所述光源采用发光二极管光源,在光源发射光的传播方向上依次设置有发射光收集聚焦系统、气流管路、荧光聚集系统和光电检测器,所述光源的发射光经发射光收集聚焦系统收集聚焦为一个聚焦光点,并且该聚焦光点位于所述气流管路上,以激发气流管路内被检测气体中的微生物细胞内的内源性荧光物质,使内源性荧光物质产生荧光信号,形成荧光光源;所述荧光聚集系统设置于气流管路旁侧,荧光聚集系统用于聚集激发产生的荧光信号并将其聚焦在光电检测器上。
[0008]作为本实用新型的进一步改进,所述发射光收集聚焦系统包括沿发射光发射方向顺次设置的收集透镜和发射光聚焦透镜组,所述发光二极管光源位于收集透镜的主光轴上。作为本实用新型的进一步改进,所述收集透镜采用广角透镜、鱼目透镜或弯月透镜,其能够收集发光二极管光源发出的70%90%的发射光。作为本实用新型的进一步改进,所述发射光聚焦透镜组包括至少一个聚焦透镜,其用于将收集透镜收集的发射光汇聚为一个聚焦光点。作为本实用新型的进一步改进,所述发光二极管光源前端设置有光学滤光片,该光学滤光片能够传递发光二极管光源的350-420nm标称波长的发射光,并能过滤掉比标称波长长的发射光;所述光电检测器前设置有用于滤除发光二极管光源的发射光,同时让荧光通过的干涉滤波器。优选地,所述光学滤光片及干涉滤波器均采用干涉滤光片。作为本实用新型的进一步改进,所述荧光聚集系统包括椭球反射镜,所述荧光光源位于所述椭球反射镜的一个焦点上,所述椭球反射镜的另一个焦点位于所述光电检测器上。作为本实用新型的进一步改进,所述荧光聚集系统包括抛物面反射镜和荧光聚焦透镜组,所述荧光光源位于所述抛物面反射镜的焦点上,荧光光源发出的荧光经抛物面反射镜反射后形成准直的荧光光束,该荧光光束通过荧光聚焦透镜组聚焦到所述光电检测器上。所述荧光聚焦透镜组包括至少一个聚焦透镜。作为本实用新型的进一步改进,所述光电检测器采用光电倍增管。本实用新型与现有技术相比,优
点在于本实用新型利用发光二极管(LED)作为微生物内源荧光物质的激发光源,能够对空气微生物(细菌和真菌)进行即时检测,并且制造成本较低。
图I为本实用新型实施例I的结构示意图。图2为本实用新型实施例2的结构示意图。图3为发射光收集聚焦系统的结构示意图之一(收集透镜为广角透镜,发射光聚焦透镜组为单个聚焦透镜)。图4为发射光收集聚焦系统的结构示意图之二(收集透镜为广角透镜,发射光聚焦透镜组为多个聚焦透镜)。图5为发射光收集聚焦系统的结构示意图之三(收集透镜为弯月透镜,发射光聚焦透镜组为单个聚焦透镜)。图6为发射光收集聚焦系统的结构示意图之四(收集透镜为弯月透镜,发射光聚焦透镜组为多个聚焦透镜)。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。实施例I[0025]如图I所示,本实施例的荧光微生物检测仪采用发光二极管(LED)光源1,在发光二极管光源I发射光的传播方向上依次设置有发射光收集聚焦系统、气流管路4、荧光聚集系统、干涉滤波器6和光电检测器7。所述发光二极管光源
I的发射光经发射光收集聚焦系统收集聚焦为一个聚焦光点,并且该聚焦光点位于所述气流管路4上,以激发气流管路4内被检测气体中的微生物细胞内的内源性荧光物质,使内源性荧光物质产生荧光信号,形成荧光光源;所述荧光聚集系统设置于气流管路4旁侧,荧光聚集系统用于聚集激发产生的荧光信号并将其聚焦在光电检测器7上。为了通过激发微生物细胞内的内源性荧光物质(代谢物和其他生物分子)来进行有效地微生物检测,需要一定水平的激发光强度。从实际经验考虑,将光束集中到一个特定集中点是首选方向。本实用新型选用了发光二极管光源1,由于发光二极管光源I通常有一个广角的发射光,因此需要使用一个发射光收集聚焦系统来收集尽可能多的发光二极管的发散光,并使其形成集中的聚焦光点。而且发射光收集聚焦系统需要具备高效的光收集能力。本实施例中,所述发射光收集聚焦系统如图I、图3所示,其包括沿发射光发射方向顺次设置的收集透镜2和发射光聚焦透镜组3,所述发光二极管光源I位于收集透镜2的主光轴上。所述收集透镜2采用广角透镜,其能够收集发光二极管光源I发出的70%^90%的发射光;所述发射光聚焦透镜组3的作用是修整收集透镜2所采集到的光束形状,以达到在一个小体积区域里形成高强度光能的目的。本实施例中的发射光聚焦透镜组3采用了单个聚焦透镜。由于细菌的自发荧光是很微弱的,在设计时有必要
应用其它的荧光聚集系统来聚集激发产生的荧光信号并将其聚焦在灵敏的光电检测器7上。本实施例中,所述的荧光聚集系统为椭球反射镜5,所述突光光源位于所述椭球反射镜5的一个焦点上,所述椭球反射镜5的另一个焦点位于所述光电检测器7上。具体应用时,从发光二极管光源I发出的发射光经由发射光收集聚焦系统收集后汇聚为一个聚焦光点,该聚焦光点聚焦于气流管路4上,由于气流管路4内有被检测气体流通,并且所述被检测气体中的微生物细胞内的内源性荧光物质在聚焦光点照射下会被激发,形成了突光光源。由于该突光光源位于所述椭球反射镜5的一个焦点上,突光通过椭球反射镜5反射后汇聚于椭球反射镜5的另一个焦点,即汇聚于灵敏的光电检测器7上(如光电倍增管),然后在通过后续的处理设备进行检测处理。在实际操作中,用于微生物检测的有效激发光的波长在350-420纳米之间。但是由于发光二极管光源I的发射光的波长通常有较广范围的散布,不同于标称的发光二极管单一波长。这些波长杂乱的发射光,尤其是比标称波长(350-420纳米)更长的光对于荧光检测是有干扰的,需要排除掉。为此,所述发光二极管光源I前端最好设置一个光学滤光片(图中未画出),该光学滤光片优选采用干涉滤光片,其能够传递发光二极管光源I标称波长、并能过滤掉比发光二极管标称波长长的发射光。此外,为了保证光电检测器7检测结果的准确性,本实用新型在光电检测器
7前还设置了用于滤除发光二极管光源I的发射光,同时让荧光通过的干涉滤波器6,所述干涉滤波器6也优选采用干涉滤光片。[0033]实施例2如图2所示,本实施例与实施例I相比,区别仅在于荧光聚集系统不同。实施例2中的荧光聚集系统包括抛物面反射镜8和荧光聚焦透镜组9,所述荧光光源位于所述抛物面反射镜8的焦点上,荧光光源发出的荧光经抛物面反射镜8反射后形成准直的荧光光束,该荧光光束通过荧光聚焦透镜组9聚焦到所述光电检测器7上。本实施例中,所述的荧光聚焦透镜组9采用的是单个聚焦透镜,在实际使用中,也可以采用多个聚焦透镜组合。具体应用时,从发光二极管光源I发出的发射光经由发射光收集聚焦系统收集后汇聚为一个聚焦光点,该聚焦光点聚焦于气流管路4上,由于气流管路4内有被检测气体流通,并且所述被检测气体中的微生物细胞内的内源性荧光物质在聚焦光点照射下会被激发,形成了荧光光源。由于该荧光光源位于所述抛物面反射镜8的焦点上,荧光通过抛物面反射镜8反射后形成平行光束,该平行光束在通过后续的荧光聚焦透镜组9聚焦到一个光电探测器7上(如光电倍增管),然后在通过后续的处理设备进行检测处理。应该理解到的是,上述实施例只是对本实用新型的说明,而不能理解为对本发明的限制,本实用新型中还有其他的可行方案,例如所述的发射光收集聚焦系统可以是嵌入在发光二极管芯片发光区之前的设计,或是添加在已配有前置透镜的发光二极管之上使用。所述发射光收集聚焦系统中的收集透镜
2还可以采用鱼目透镜或弯月透镜(图5、图6所示),它们同样能够收集发光二极管光源I发出的70%90%的发射光。所述发射光聚焦透镜组3可以采用单个聚焦透镜,即收集透镜2收集的发射光直接通过单个聚焦透镜直接汇聚为一个聚焦光点(图3所示、图5所示);所述发射光聚焦透镜组3还可以采用复数个聚焦透镜,即收集透镜2收集的发射光先通过一个聚焦透镜转为准直光(图4、图6所示),再通过后续的其他聚焦透镜汇聚为一个聚焦光点。
,包括光源(I),其特征在于所述光源(I)采用发光二极管光源(I),在光源(I)发射光的传播方向上依次设置有发射光收集聚焦系统、气流管路(4)、荧光聚集系统和光电检测器(7),所述光源(I)的发射光经发射光收集聚焦系统收集聚焦为一个聚焦光点,并且该聚焦光点位于所述气流管路(4)上,以激发气流管路(4)内被检测气体中的微生物细胞内的内源性荧光物质,使内源性荧光物质产生荧光信号,形成荧光光源;所述荧光聚集系统设置于气流管路(4)旁侧,荧光聚集系统用于聚集激发产生的荧光信号并将其聚焦在光电检测器(7)上。
,其特征在于所述发射光收集聚焦系统包括沿发射光发射方向顺次设置的收集透镜
(2)和发射光聚焦透镜组(3),所述发光二极管光源(I)位于收集透镜(2)的主光轴上。
,其特征在于所述收集透镜(2)采用广角透镜、鱼目透镜或弯月透镜。
,其特征在于所述发射光聚焦透镜组(3)包括至少一个聚焦透镜,其用于将收集透镜(2)收集的发射光汇聚为一个聚焦光点。
,其特征在于所述发光二极管光源(I)前端设置有光学滤光片,该光学滤光片能够传递发光二极管光源(I)的350-420nm标称波长的发射光,并能过滤掉比标称波长长的发射光;所述光电检测器(7)前设置有用于滤除发光二极管光源(I)的发射光,同时让荧光通过的干涉滤波器(6)。
,其特征在于所述光学滤光片及干涉滤波器(6)均采用干涉滤光片。
,其特征在于所述荧光聚集系统包括椭球反射镜(5),所述突光光源位于所述椭球反射镜(5)的一个焦点上,所述椭球反射镜(5)的另一个焦点位于所述光电检测器(7)上。