專利名稱：細菌基因快速鑒測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用液相壓電細菌基因傳感器和諧振頻率檢測電路、用于診斷疾病的醫(yī)療器械。尤其是用在細菌基因鑒測的壓電傳感鑒測裝置。
已有的壓電傳感鑒測裝置如美國專利5595908，1997.1.21/1998.8.11公開的“檢測多核苷酸雜交的壓電裝置”，該發(fā)明在壓電晶體表面固定多核苷酸制作出一種用于檢測多核苷酸雜交的裝置，其原理是壓電晶體表面的多核苷酸與互補的多核苷酸在適于雜交的條件下進行長時間的充分雜交，通過測量雜交前后氣相壓電晶體諧振頻率的變化對雜交量進行測定。該檢測裝置包括只能檢測一個樣品的有壓電片的檢測池、與壓電片電氣相連的振蕩電路和檢測電路及計數(shù)器。
現(xiàn)有壓電基因傳感器存在以下不足所用傳感器不能在液相穩(wěn)定工作，只能在雜交反應前后測量在氣相中的頻率變化，雜交后需清洗傳感器表面非特異性吸附物，不能準確定量。不能實現(xiàn)雜交過程液相原位、實時監(jiān)測?，F(xiàn)有基因雜交技術(shù)存在以下不足需要標記；一般需數(shù)小時才能完成一次測定，測定時間長。
目前國內(nèi)外將壓電基因傳感器與基因雜交技術(shù)結(jié)合，研制用于細菌基因識別和檢測的鑒測儀尚末見報道。
鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種能鑒測細菌基因，工作穩(wěn)定、靈敏準確、操作簡易快速、成本低廉的細菌基因快速鑒測儀。
本實用新型采用有多個檢測池的壓電傳感檢測板及細菌基因探針、采用能伸縮的托盤來承托檢測板以對細菌基因的檢測和提高操作速度及降低成本、采用改進工作振蕩電路提高傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度來實現(xiàn)其目的。
本實用新型的細菌基因快速鑒測儀(參見附圖)，包含殼體(1)，殼體中有電源(2)，有與計算機相連的接口卡(44)，有與電源相連的鑒測電路板(27)和壓電傳感板(11)，壓電傳感板有至少兩塊壓電片(20)和分別與各壓電片的上下片面聯(lián)接的電極(21、22)、探針(26)、并用數(shù)據(jù)線(43)與鑒測電路板相連，鑒測電路板用數(shù)據(jù)線與接口卡相連，有與殼體相連的盒形的底座(3)、和承托壓電傳感板的板形的托盤(7)，托盤兩側(cè)的滑槽(8)與底座上的滑塊(9)呈托盤能伸縮的滑動配合，底座上有電動機(4)、和與電動機傳動相連的齒輪(6)，托盤上有沿伸縮方向的與齒輪相嚙合的齒條(10)，上述壓電傳感板有電絕緣的基板(12)，基板上有至少兩個通孔(13)，每一個通孔有一塊壓電片與基板底面聯(lián)接封閉通孔而形成一個檢測池(23)，上述探針為細菌基因探針在各檢測池中的壓電片的電極(21)上，各電極與數(shù)據(jù)線相連的電極接插頭(14)的電極頭聯(lián)接。
上述的鑒測電路板(27)有相連的晶體振蕩電路和檢測電路，上述晶體振蕩電路有與壓電傳感板(11)相連的通道選擇電路(28)，通道選擇電路的電源由與電源(2)相連的電壓源電路(42)供給，通道選擇電路后接工作振蕩電路(29)，再后接差分電路(30)，參比振蕩電路(4)后接上述差分電路(30)，上述工作振蕩電路由74LS04芯片的與非門U1A、U1B分別與電阻R1、R2并聯(lián)，在U1A和U1B之間串聯(lián)有電容C1和電感L，U1A前接通道選擇電路，U1B后接74LS04芯片的與非門U1C，再后接差分電路；上述的檢測電路有時鐘振蕩電路(32)，后接時鐘脈沖產(chǎn)生電路(33)，然后分四路，一路經(jīng)與非門(34)進入計算機的中斷IRQ口、一路接接口電路(35)、一路接計數(shù)觸發(fā)電路(36)再接與非門(37)后接計數(shù)電路(38)、一路經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路(36)，接上述晶體振蕩電路的差分電路(30)再接與門(39)，后接計數(shù)電路(38)，后接接口電路(40)，再接計算機數(shù)據(jù)總線，計算機的地址總線接地址譯碼電路(41)，再分接接口電路(35)和接口電路(40)。
使用本實用新型，用接口卡將鑒測電路板與計算機及其顯示器相連，在檢測基因雜交信號時，將壓電傳感板的電極接插頭插接在連通鑒測電路板的數(shù)據(jù)線上，并放置在伸出的托盤中，在壓電傳感板的檢測池中，加入提取的含細菌基因的緩沖液后，開始觀測傳感器頻率隨時間的變化，根據(jù)雜交反應初期傳感器的頻率、時間曲線計算反應初始速率，并由反應初始速率與待測基因濃度成正比進行細菌基因的定量分析；若緩沖液中沒有與壓電傳感器的細菌基因探針互補的待測基因，則傳感器沒有雜交反應信號，從而實現(xiàn)細菌基因的快速鑒測。本實用新型的鑒測儀在檢測基因雜交信號時，可實時動態(tài)地獲得雜交信號，根據(jù)雜交反應的動力學特性進行分析，獲取被檢樣品中細菌基因的序列和濃度信息。
本實用新型的上述結(jié)構(gòu)，具有如下的優(yōu)點和效果。
一、本實用新型的壓電傳感板上的多個檢測池和壓電片上的細菌基因探針結(jié)構(gòu)，使本鑒測儀能對溶液細菌基因雜交反應的原位、實時監(jiān)測，且勿需標記。
二、本實用新型的壓電傳感板上的多個檢測池結(jié)構(gòu)，每一個檢測池能置入一個樣品細菌基因，因此多個樣品細菌基因能同時測定，從而能對細菌基因進行快速鑒別和準確定量檢測，通常約10分鐘即可完成。加之承托壓電傳感板的伸縮式托盤結(jié)構(gòu)，使操作簡便、準確快速。
三、本實用新型的壓電傳感板的電極接插頭結(jié)構(gòu)，使壓電傳感板與鑒測電路板的插接極為簡便而牢固穩(wěn)定，不僅能提高傳感檢測的穩(wěn)定性，而且使壓電傳感板結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉。因此不僅有利于批量制造，而且能成為一次性使用器件，免除了重復使用的清洗過程，從而具有簡化操作程序，保證檢測效果的優(yōu)點。
四、已有的壓電傳感鑒測儀的工作振蕩電路，如圖8所示，由74ALS00芯片的三個與門7400A、7400B、7400C和一些附屬的電阻和電容構(gòu)成。其中7400A并聯(lián)一個電阻R3和一個電容C4，7400B并聯(lián)一個電阻R4，在7400A與7400B之間串接一個電容C5，7400A的另一端接工作晶振C6，再與一電容C7串連接入7400B的后端，然后接7400C，7400C的輸出端接入差分電路。本實用新型的工作振蕩電路，如圖7所示，由74LS04芯片的與非門U1A、U1B分別與電阻R1、R2并聯(lián)，在U1A和U1B之間串聯(lián)電容C1電感L，U1A前接通道選擇電路，U1B后接74LS04芯片的與非門U1C，U1C的輸出端接入差分電路。本實用新型的工作振蕩電路與上述已有的工作振蕩電路相比，在U1A和U1B之間增加一個與電容C1串聯(lián)的電感器L，從而電感L與電容C形成串聯(lián)諧振，使壓電片的壓電晶體在試樣液相中穩(wěn)定振蕩，從而能提高鑒測穩(wěn)定性、和靈敏度。
本實用新型適于臨床疾病診斷、環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測、食品質(zhì)量檢驗等領(lǐng)域使用。具有廣泛的應用前景。
下面，再用實施例及其附圖對本實用新型作進一步地說明。
附圖的簡要說明。


圖1是本實用新型的一種細菌基因快速鑒測儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的鑒測室的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3圖2的俯視圖。
圖4細菌基因壓電傳感多孔板的結(jié)構(gòu)圖圖5圖4的A-A剖視圖。
圖6圖1的電路框圖。
圖7圖6中的工作振蕩電路原理圖。
圖8是已有的壓電傳感鑒測儀中的工作振蕩電路原理圖。
實施例1
本實用新型的一種細菌基因快速鑒測儀，如附圖所示。由殼體、電源、接口卡、壓電傳感板、鑒測電路等構(gòu)成。
上述殼體1，和殼體中的電源2，采用通常鑒測儀的殼體和電源結(jié)構(gòu)。
如圖1、2、3所示。在殼體1中有用通常的結(jié)構(gòu)與殼體內(nèi)壁相連的矩形盒體結(jié)構(gòu)的底座3，在底座的盒腔中有通常結(jié)構(gòu)的電動機4，和用傳動皮帶5與電動機的電機軸傳動相連的齒輪6。在底座的上方有長方板形的托盤7，托盤兩側(cè)的滑槽8與底座兩側(cè)各有的兩個滑塊9呈使托盤能伸出和縮進殼體的滑動配合。在托盤的底面的一側(cè)沿托盤的伸縮方向制有與上述齒輪相嚙合的齒條10。托盤用來承托壓電傳感板11。
上述壓電傳感板11，如圖4、5所示。由基板、壓電片、探針等構(gòu)成。上述的基板12，選用通常的電絕緣材料，如酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚氟乙烯、有機玻璃等，制成矩形板。基板上開制有均勻排列分布的多個通孔13。通孔的數(shù)量和孔徑，視基板的大小尺寸確定。通孔可以是各種通常的幾何形狀，如圓形、矩形、菱形等。本實施例采用圓形的通孔。在基板的底面上，用通常的導電材料如銅、銀，采用通常的鍍制方法，制出印刷電路。利用印刷電路在基板的一端制成插條式結(jié)構(gòu)的電極接插頭14。電極接插頭上的電極頭呈平行地排列成一排。印刷電路在每一個通孔兩側(cè)的邊緣各制出一個電極結(jié)點。印刷電路制出的導線15，對于每一個通孔有兩條，分別將通孔的兩個電極結(jié)點與各自的電極頭聯(lián)通。各通孔的兩條導線中的一條最好共與一個電極頭聯(lián)接。本實施例用通常的導電膠將導線與各通孔一側(cè)的電極結(jié)點16聯(lián)通并分別各自與電極接插頭14的電極頭17呈一一對應地聯(lián)接；用導電膠將導線與上排各通孔另一側(cè)的電極結(jié)點18聯(lián)通并共與電極接插頭上邊側(cè)的電極頭19聯(lián)接。
上述的壓電片20，可以采用石英晶體、壓電陶瓷、壓電薄膜、聚偏氟乙烯等壓電材料切制成片狀。壓電片的數(shù)量與基板上通孔13的數(shù)量相同。壓電片的尺寸應大于通孔的孔徑。壓電片的形狀最好與通孔的形狀相吻合。本實施例采用圓形的壓電片。用通常的方法和導電材料如金、銀、鋁等，分別制出密貼在壓電片上下片面上的兩個片狀的電極21、電極22。電極的中心形狀也最好與基板上通孔的形狀相吻合。用膠粘劑如環(huán)氧樹脂將壓電片粘牢在基板12的底面上，并使每一個壓電片呈一一對應地封閉一個通孔而形成一個不泄漏地敞口形的檢測池23。本實施例共制出五個檢測池。從而使壓電片上片面上的電極21置于檢測池23中。然后用通常方法將壓電片的兩個電極21、22的引出端分別與通孔邊緣的兩個電極結(jié)點16、18接通，從而使兩個電極經(jīng)導線15與電極接插頭上相應的電極頭接通。在基板1的底側(cè)，配有與基板大小相吻合的周邊有凸環(huán)24的蓋板25，使基板的底面與蓋板的凸環(huán)內(nèi)的板面之間形成空腔。用通常的膠粘劑如環(huán)氧樹脂，將蓋板的凸環(huán)與基板底面的周邊粘合。從而將粘結(jié)在基板底面上的壓電片20、壓電片下片面上的電極21、和印刷電路等嚴密地封裝在空腔內(nèi)。
上述的探針26，制備在上述各檢測池中的壓電片20的電極21的表面上。本實施例的探針采用細菌基因探針，可以是與細菌基因互補的寡核苷酸、也可以是PNA即肽核酸。探針可以在檢測前加入檢測池內(nèi)壓電片的電極21上，也可以預先固定在電極21上。制備時先用水、有機溶劑如無水乙醇或丙酮等洗凈電極表面后，采用通常的物理、化學和生物方法，如吸附法、包埋法、共價鍵合法、交聯(lián)法、自組裝法等方法將所需探針修飾固定在電極的表面。從而制得相應的壓電傳感檢測多孔板。
上述鑒測電路板27中有晶體振蕩電路和通常電路結(jié)構(gòu)的檢測電路，如圖6、7所示。上述晶體振蕩電路有與壓電傳感板11相連的通道選擇電路28，后接工作振蕩電路29，再后接差分電路30，參比振蕩電路4后接上述差分電路30，上述工作振蕩電路由74LS04芯片的與非門U1A、U1B分別與電阻R1、R2并聯(lián)，在U1A和U1B之間串聯(lián)有電容C1和電感L，U1A前接通道選擇電路，U1B后接74LS04芯片的與非門U1C，再后接差分電路。上述的檢測電路有時鐘振蕩電路32，后接時鐘脈沖產(chǎn)生電路33，然后分四路，一路經(jīng)與非門34進入計算機的中斷IRQ口、一路接接口電路35、一路接計數(shù)觸發(fā)電路36再接與非門37后接計數(shù)電路38、一路經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路36，接上述晶體振蕩電路的差分電路30再接與門39，后接計數(shù)電路38，后接接口電路40，再接計算機數(shù)據(jù)總線，計算機的地址總線接地址譯碼電路41，再分接接口電路35和接口電路40。通道選擇電路的電源由與電源2相連的電壓源電路42供給。
用數(shù)據(jù)線43將壓電傳感板11與鑒測電路板27相連，將鑒測電路板經(jīng)通常的接口卡44，與計算機及其顯示器45相連。用電源線46分別將壓電傳感板11和鑒測電路板27與電源2相連。
使用本實用新型的工作過程如下首先將壓電傳感板11放入托盤7，并與連通鑒測電路板27的數(shù)據(jù)線43相插接，然后向壓電傳感板上的檢測池23加入含有細菌基因的緩沖液，浸泡電極，同時使傳感器在液體環(huán)境下穩(wěn)定。在輸入界面中設(shè)置相應參數(shù)(測量時間、測試通道、樣品濃度單位)，儀器開始工作。由通道選擇電路28控制選擇工作傳感器即壓電傳感板11，后接的工作振蕩電路29激勵產(chǎn)生工作振蕩頻率信號。參比振蕩電路31產(chǎn)生參比振蕩信號，與工作振蕩信號一起通過差分電路32產(chǎn)生一低頻信號，送入與門39，以便計數(shù)。通道選擇電路28由16V電壓源電路42提供16V芯片專用電壓，其信號控制由接口電路35傳輸計算機信號提供。時鐘振蕩電路32產(chǎn)生穩(wěn)定的419MHz的信號，經(jīng)時鐘脈沖產(chǎn)生電路33后產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘脈沖信號。時鐘脈沖信號被分成四部分；一部分經(jīng)與非門34后進入計算機中斷IRQ口，產(chǎn)生中斷脈沖；一部分進入接口電路35，產(chǎn)生查詢信號脈沖；一部分經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路36和與非門37產(chǎn)生計數(shù)觸發(fā)信號進入計數(shù)電路38；另一部分也經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路38與差分電路30產(chǎn)生的低頻信號通過與門39產(chǎn)生計數(shù)觸發(fā)信號進入計數(shù)電路38進行計數(shù)。計數(shù)后的信號進入接口電路40，再送入計算機進行分析處理。地址譯碼電路41產(chǎn)生地譯信號選擇接口電路35與接口電路40的地址觸發(fā)。擴展插槽包括四部分中斷IRQ、地址總線、數(shù)據(jù)總線、電源。地址總線控制地址譯碼電路41產(chǎn)生的信號送入接口電路35。接口電路35和接口電路40的信號都進入數(shù)據(jù)總線，經(jīng)擴展槽與計算機相連，由計算機程序?qū)π盘栠M行處理，使工作任務(wù)得以完成。
使用本實用新型的細菌基因快速鑒測儀與現(xiàn)有的壓電傳感鑒測儀進行對比鑒測的結(jié)果比較如表1所示表1 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)效果對比<
>由上表可以看出本實用新型不需要漂洗、不用分離配對和未配對DNA，實現(xiàn)了細菌基因的液相實時鑒測；本實用新型簡易快速，因為檢出時間只需10分鐘，遠遠低于現(xiàn)有裝置的檢出時間2-4小時。
由于壓電傳感板有多個檢測池，且試驗數(shù)據(jù)的采集和處理均有計算機完成，所以本實用新型勿需標記，可同時進行多個樣本的鑒測。為了驗證本實用新型鑒測結(jié)果的準確性，用本實用新型，與常規(guī)的細菌培養(yǎng)法和PCR(聚合酶鏈擴增反應)基因檢測法對照進行了淋球菌和結(jié)核桿菌的臨床試驗，結(jié)果列于表2和表3。
表2 結(jié)核桿菌臨床對照檢驗結(jié)果
表3淋球菌臨床對照檢驗結(jié)果
由上述二表可以看出鑒測結(jié)果與現(xiàn)有臨床常用方法檢測結(jié)果基本一致。
權(quán)利要求1.細菌基因快速鑒測儀，包含殼體(1)，殼體中有電源(2)，有與計算機相連的接口卡(44)，有與電源相連的鑒測電路板(27)和壓電傳感板(11)，壓電傳感板有至少兩塊壓電片(20)和分別與各壓電片的上下片面聯(lián)接的電極(21、22)、探針(26)、并用數(shù)據(jù)線(43)與鑒測電路板相連，鑒測電路板用數(shù)據(jù)線與接口卡相連，其特征在于有與殼體相連的盒形的底座(3)、和承托壓電傳感板的板形的托盤(7)，托盤兩側(cè)的滑槽(8)與底座上的滑塊(9)呈托盤能伸縮的滑動配合，底座上有電動機(4)、和與電動機傳動相連的齒輪(6)，托盤上有沿伸縮方向的與齒輪相嚙合的齒條(10)，上述壓電傳感板有電絕緣的基板(12)，基板上有至少兩個通孔(13)，每一個通孔有一塊壓電片與基板底面聯(lián)接封閉通孔而形成一個檢測池(23)，上述探針為細菌基因探針在各檢測池中的壓電片的電極(21)上，各電極與數(shù)據(jù)線相連的電極接插頭(14)的電極頭聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細菌基因快速鑒測儀，其特征在于所說的鑒測電路板(27)有相連的晶體振蕩電路和檢測電路，上述晶體振蕩電路有與壓電傳感板(11)相連的通道選擇電路(28)，通道選擇電路的電源由與電源(2)相連的電壓源電路(42)供給，通道選擇電路后接工作振蕩電路(29)，再后接差分電路(30)，參比振蕩電路(4)后接上述差分電路(30)，上述工作振蕩電路由74LS04芯片的與非門U1A、U1B分別與電阻R1、R2并聯(lián)，在U1A和U1B之間串聯(lián)有電容C1和電感L，U1A前接通道選擇電路，U1B后接74LS04芯片的與非門U1C，再后接差分電路；上述的檢測電路有時鐘振蕩電路(32)，后接時鐘脈沖產(chǎn)生電路(33)，然后分四路，一路經(jīng)與非門(34)進入計算機的中斷IRQ口、一路接接口電路(35)、一路接計數(shù)觸發(fā)電路(36)再接與非門(37)后接計數(shù)電路(38)、一路經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路(36)，接上述晶體振蕩電路的差分電路(30)再接與門(39)，后接計數(shù)電路(38)，后接接口電路(40)，再接計算機數(shù)據(jù)總線，計算機的地址總線接地址譯碼電路(41)，再分接接口電路(35)和接口電路(40)。
專利摘要本實用新型涉及診斷疾病的鑒測儀。旨在提供一種能鑒測細菌基因,工作穩(wěn)定、靈敏準確、操作簡易快速、成本低廉的細菌基因快速鑒測儀。本鑒測儀有殼體1,電源2,鑒測電路板27及其電信相連的、有多個檢測池及檢測池中的壓電片20和電極21、22、細菌基因探針26、電極接插頭14的壓電傳感板11,有與底座3呈滑動配合并承托壓電傳感板的托盤7,底座上的電動機4、經(jīng)齒輪6和托盤上的齒條10驅(qū)動托盤。
文檔編號G01N33/543GK2404121SQ9924177
公開日2000年11月1日 申請日期1999年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者莫志宏, 劉建輝 申請人:重慶大學