一種大腸埃希菌檢測裝置的設(shè)計

陳興梅，馮 定

（1.獨山縣人民醫(yī)院總務(wù)科，貴州 黔南布依族苗族自治州558200；2.水城縣人民醫(yī)院設(shè)備科，貴州 六盤水553003）

大腸埃希菌簡稱大腸桿菌，是人和溫血動物后腸段正常菌叢的主要成員之一。大腸埃希菌傳統(tǒng)檢測方法的周期長、程序煩瑣，難以適應(yīng)污染源快速診斷的需要，大腸埃希氏菌等的傳統(tǒng)檢測方法有多管發(fā)酵法和濾膜法等檢測方法[1]。其中，多管發(fā)酵法適用于各種樣品，但操作復(fù)雜，檢測時間較長；濾膜法主要用于檢測雜質(zhì)較少的水樣，操作比多管發(fā)酵法更為簡單，但是不適合檢測高濁度和其他復(fù)雜水樣。同時，現(xiàn)有的大腸埃希菌熒光檢測使用專用的365 nm 熒光燈管在暗環(huán)境下照射，由人工判斷檢測結(jié)果，存在一定的主觀判讀誤差，而且在暗環(huán)境實施，存在操作不便利等缺陷。由于所使用的熒光燈管必須使用比較高的驅(qū)動電壓和電流，具有能耗大、體積也不小、不便于推廣使用節(jié)能減排等諸多缺點。

1 設(shè)計方案

1.1 方案概述

本研究設(shè)計是一種大腸埃希菌檢測裝置，包括熒光激發(fā)光源LED，熒光激發(fā)光源LED 置于檢測管腔的底部；熒光激發(fā)光源LED 的光軸與熒光檢測探頭RL 的受光面垂直，熒光檢測探頭RL 固定在檢測管腔的側(cè)壁上。本研究設(shè)計采用LED 紫外燈管作為熒光激發(fā)光源，使用性價比高且性能穩(wěn)定的555 時基電路作為信號處理電路，使用廉價的光敏電阻作為熒光檢測傳感器，使得整個裝置的體積和成本大幅度降低，便于推廣使用[2-3]。

1.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)

本研究設(shè)計裝置的電路設(shè)計如圖1 所示，研究設(shè)計的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中，U1 為555 時基電路，LED 為熒光激發(fā)光源，J1 為微型USB 接口，S1 為電源開關(guān)，Y 為有源蜂鳴器，E 為電池，R1 和R2 為電阻，RP 為靈敏調(diào)節(jié)電位器。

本研究設(shè)計中，LED 發(fā)射紫外線的波長為365 nm，可以選擇20 mA 工作電流的小功率LED，也可以選擇1 W 或者3 W 的中功率LED。如圖2 所示的檢測管腔的側(cè)壁離熒光激發(fā)光源LED 的頂端距光檢測探頭RL 的垂直距離為15 mm，長度為100～200 mm 的不透光管子。555 時基電路U1 可以用運算放大電路代替，也可以用電壓比較器代替；熒光檢測探頭RL 為光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻中的一種，熒光檢測探頭RL 可以選擇常用的硫化鎘光敏電阻5516，也可以選擇5538、5539、5549 等不同暗阻的光敏電阻[4]。

圖1 電路設(shè)計圖

圖2 設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖

2 實施方案

2.1 連接方案

根據(jù)圖1 所示的電路設(shè)計圖，本研究設(shè)計包括熒光激發(fā)光源LED，LED 置于如圖2 所示的檢測管腔的底部，LED的光軸與熒光檢測探頭RL 的受光面垂直；熒光檢測探頭RL固定在檢測管腔的側(cè)壁上；微型USB 接口J1 作為外接電源接口；J1 的正端與電池E 的正極連接，電池E 的負(fù)極接J1的負(fù)端，電池的正極接電源開關(guān)S1 的一端；電源開關(guān)S1的另外一端接555 時基電路U1 的電源引腳的第8 引腳上；555 時基電路U1 的復(fù)位引腳第4 引腳也接在555 時基電路U1 的第8 引腳上；555 時基電路U1 的設(shè)置引腳第5 引腳與置位引腳第6 引腳接在一起；電壓比較器的輸出端為555 時基電路U1 的第3 引腳第7 引腳（集電極開路輸出）；555時基電路U1 的第1 引腳接電池E 的負(fù)極；熒光檢測探頭RL 一端接555 時基電路的第2 引腳，熒光檢測探頭RL 的另外一端接電池E 的負(fù)極。

2.2 工作原理

當(dāng)試管中有熒光物質(zhì)產(chǎn)生時，由LED 發(fā)射的紫外線通過試管底部照射到熒光物質(zhì)上，激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生散射的熒光；熒光檢測探頭RL 檢測到熒光后其電阻阻值變小，與靜態(tài)偏置電阻R2 和靈敏度調(diào)節(jié)電位器RP 進(jìn)行分壓，使得555時基電路U1 的2 腳得到低電平（低于1/3E）輸入，555 時基電路U1 的3 腳輸出高電平，有源蜂鳴器Y 得電發(fā)聲，表示試管中有熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，即大腸埃希菌生長產(chǎn)生了熒光物質(zhì)，可以判斷出陽性結(jié)果；反之，如果試管中沒有熒光物質(zhì)，則熒光檢測探頭RL 阻值比較大，555 時基電路U1的第3 引腳輸出低電平；LED 的陰極接電池E 的負(fù)極，LED的陽極接限流電阻R1 的一端，限流電阻R1 的另外一端接電源開關(guān)S1 的一端與555 時基電路U1 第8 引腳連接的一端；在電源開關(guān)S1 閉合時，LED 發(fā)射紫外線作為熒光激發(fā)光源。

3 結(jié)束語

本研究設(shè)計屬于一種檢測大腸埃希菌的裝置系統(tǒng)，并不屬于現(xiàn)有技術(shù)中各電子元件簡單連接的使用創(chuàng)造。構(gòu)成本研究設(shè)計裝置的各類電子元件的型號選擇、激發(fā)電子線路工作的元件各參數(shù)設(shè)置是其電路實現(xiàn)功能的關(guān)鍵技術(shù)，是解決問題不可缺少的技術(shù)手段，研究設(shè)計時根據(jù)參考上述設(shè)計方案，靈活運用并選擇適合的電子元器件，并不需要指定唯一的電子元件型號。

鑒于本研究設(shè)計屬于定性檢測裝置，不是定量檢測設(shè)計的裝置，所以不能對現(xiàn)有大腸埃希菌菌落總數(shù)的多少進(jìn)行檢測，這是本研究設(shè)計的主要缺陷[5]。期望臨床工程師在考慮上述設(shè)計方案的同時，結(jié)合臨床實踐與醫(yī)療器械產(chǎn)品創(chuàng)新的需求提出先進(jìn)的設(shè)計理念和設(shè)計方案，進(jìn)行人性化的設(shè)計后將檢測大腸埃希菌菌落數(shù)量的產(chǎn)品開發(fā)出來，以此推動臨床工程師向多元化的方向發(fā)展，提升臨床工程師在醫(yī)院中的地位和作用[6-9]。