基于發光二極管的抗生素效價測量系統的研制

萬峰 馮芳芳 黃迎慧 王婷婷

[摘 要] 本文提出一種新的抗生素效價測量系統設計方法；該方法以綠色發光二極管為光源，采用微型透鏡實現發光二極管的發光準直，以硅光電池作為光電接收器件，采用12位數據采集卡實現數據采集；整個系統一共有35個獨立的測量單元，恒溫系統可以保證系統恒溫在37℃± 0.2℃準確度。系統采用Labview編寫數據處理程序和顯示界面，基于藥典中一劑量標準曲線法對某種批號慶大霉素的效價進行測量，以北京潮聲公司的標準儀器作為基準進行標定，準確度可以達到3%。

[關鍵詞] 效價；發光二極管；一劑量法

中圖分類號： TH788 文獻標識碼： A 文章編號：2095-5200（2016）01-013-03

0 引言

抗生素效價測量系統是對抗生素藥物藥效進行測量的系統，測量時在菌液中加入一定劑量藥品，37℃恒溫條件下，在6h或更長時間內測量并記錄菌液濁度變化，根據藥典中一劑量標準曲線法、二劑量法或三劑量法[1-2]對藥物效價進行測量[3-4]。

目前，北京潮聲公司已經推出基于濁度法抗生素效價測量系統，該系統內置單色儀，采用旋轉機構使樣品室轉動從而實現對每個樣品濁度測量，系統一共有42個測量單元，該系統為旋轉機構，易產生重復性誤差，且單色系統長時間工作易產生光強波動從而造成測量誤差。

本文提出一種新的抗生素效價測量系統設計方法，特點是采用發光二極管做為光源，系統中沒有活動部件，并且對光強波動進行校正。

1 系統總體結構

系統總體結構如圖1所示。系統包括4個部分：恒溫子系統、測量子系統（由35個測量單元構成）、數據采集系統和計算機系統，其中恒溫子系統是定制，溫度恒溫范圍是37℃± 0.2℃。數據采集系統由數據采集卡實現數據采集，通過USB通訊將數據傳輸到計算機，由Labview編寫計算機程序進行數據處理，同時顯示結果。

1.1 測量單元基本結構

測量子系統是整個系統核心；該部分有35個測量單元，每個單元結構完全一致，如圖2所示。

綠色發光二極管前面放置直徑為2mm光闌，作為光束口徑限制，發光二極管燈絲中心位置放在準直物鏡（鏡焦距為5mm）焦點上，產生平行光射入菌液，經過菌液吸收，出射平行光被匯聚透鏡匯聚由硅光電池接收。

系統中所使用樣品池為10mm×20mm×150mm樣品池，高于且寬于標準10mm×10mm×50mm樣品池，主要由于試樣體積較大，傳統樣品池容量太小。

每個測量單元底部裝有一個電機，電機上裝有磁鐵，在樣品池內加入磁珠，當磁鐵隨電機轉動時，磁珠在樣品池內轉動，從而帶動液體轉動，可以防止菌液中懸濁物固化在樣品池內壁上影響測量。

1.2 發光二極管驅動電路設計

系統工作時，要在恒溫37℃條件下連續工作6h或更長，因此光強穩定性異常重要，如果光強發生偏差，則必會造成很大測量誤差。為保證發光強度穩定性，系統采用恒流源驅動發光二極管，因發光二極管發光強度與流經二極管電流近似成線性關系，只要保證電路中電流恒定，即可保證發光二極管光強穩定性。電路如圖3所示。

電源電壓為+5V，電阻R1和R2阻值可以選擇為5K歐姆，A電位為2.5V，根據虛短概念B點電位也為2.5V，C點電位也為2.5V，R3阻值為2.5K歐姆，三極管射級電流為1mA恒流，基極電流與射級電流相等，也為1mA，用來驅動發光二極管發光。R3可以改為電位器，可以根據實際情況改變R3阻值，從而改變發光二極管亮度。

2 數據采集實現

數據采集由阿爾泰公司數據采集卡PCI-2318實現，為采樣速率100KSPS12位數據采集卡，由于系統有35個通道，因此，在采集卡前方放置一個多通道模擬開關，通過開關選擇測量哪一個通道濁度。結構如圖4所示。參比信號為通道1，每次測量時，同時采集參比信號與被測信號，按公式（2）計算后得到結果。

3 系統標定實現

對于每一個被測單元，均需要對其進行定標。定標基本方法為，配置6種不同吸光度菌液，分別為0.1個、0.3個、0.5個、0.7個、0.9個、1.1個吸光度[5-6]，菌液吸光度值均由標準紫外可見分光光度計（TU1901）測定，將標準吸光度菌液放入每個被測通道中，得到實際測量結果，實測結果與標準結果用最小二乘法擬合，得到標準曲線，實際測量時，測得被測值帶入公式中，可得到標準吸光度值[7-9]。

4 實驗

我國藥典規定，可以采用一劑量標準曲線法、二劑量法和三劑量法計算某種藥品效價，本次實驗中采用一劑量標準曲線法。配置5種不同濃度標準樣品（分別為10%、20%，30%，40%，50%），這些標準樣品每種濃度配置5份，5種不同濃度標準品共25份，分別以相同劑量加入菌液中，被測樣品同樣配置5份，整個實驗需30個測量單元，在37℃恒溫條件下連續6 h測量并記錄濁度，每個5min記錄濁度測量結果，具體測量過程如圖5所示。

攪拌防止懸濁物質凝固在樣品池池壁上影響光透射，停止攪拌后等待110s目的是攪拌后液體徹底穩定，防止液體中存在漩渦等影響濁度測量。濁度測量結束后等待140s，保證每個測量周期為5min（300s），共進行6 h測量（也可以根據需要進行其他時長測量，如10h），共72次測量，保存每次測量結果以備未來查看。圖6為某幾個通道測量數據顯示。

測量完畢后以濁度值平均值和標準樣品濃度負對數值進行擬合，得到標準曲線。將被測樣品濁度值帶入標準曲線即可得到其效價。以北京潮聲公司效價測量儀為定標儀器，可以確定本系統效價測量準確度為3%。（實驗中所有操作均由國內某省級藥檢所專業人員完成）

5 小結

本文采用方法基于發光二極管抗生素效價測量，該方法特點是沒有活動部件，系統中所有元件均固定，免除移動部件可能帶來測量誤差，而且對光強波動進行校正，系統一共35個測量單元，每個單元獨立且功能完全一致，使用方便，可以推廣。

參 考 文 獻

[1] 中國藥典中生物檢定統計法[M].北京：中國醫藥科技出版社，1989.

[2] 張皓帆，張鎮梁. 抗生素效價測定操作方法革新[J]. 西部醫學，2006，18（2）：241-242.

[3] 尹亮，李哲，祁欣. 透射光補償濁度測量方法研究[J]. 北京化工大學學報（自然科學版），2013，40（3）：89-91.

[4] 朱澤昊，張扶人. 濁度測量中兩種基本方法比較[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），1995，20（2）：148-153.

[5] 康亞，龔麗萍. 濁度測量原理探討[J]. 電子測試，2013（8）：245-247.

[6] WANG HUANQIN， YANG YIXIN， HUANG ZHE， et al. Instrument for real-time measurement of low turbidity by using time-correlated single photon counting technique[J]. IEEE Trans. Instrum. Meas.， 2015， 64（4）： 1075-1083.

[7] SERWAN M. J. BABAN. Detecting water quality parameters in Norfolk Broads， UK. using Landsat imagery[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（7）：1247-1267.

[8] DEKKER A G， PETERS S W M. The Use of the Thematic Mapper for the Analysis of Eutrophic Lakes：A Case Study in The Netherlands[J]. International Journal of Remote Sensing， 1993， 14（5）：799-822.

[9] KOLAR H R， CRONIN J， HARTSWICK P， et al. Complex real-time environmental monitoring of the hudson river and estuary system[J]. IBM J. Res. & Dev.， 2009， 53（3）： 4：1-4：10.