一種大腸埃希菌檢測裝置的設計

陳興梅，馮 定

（1.獨山縣人民醫院總務科，貴州 黔南布依族苗族自治州558200；2.水城縣人民醫院設備科，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。大腸埃希菌傳統檢測方法的周期長、程序煩瑣，難以適應污染源快速診斷的需要，大腸埃希氏菌等的傳統檢測方法有多管發酵法和濾膜法等檢測方法[1]。其中，多管發酵法適用于各種樣品，但操作復雜，檢測時間較長；濾膜法主要用于檢測雜質較少的水樣，操作比多管發酵法更為簡單，但是不適合檢測高濁度和其他復雜水樣。同時，現有的大腸埃希菌熒光檢測使用專用的365 nm 熒光燈管在暗環境下照射，由人工判斷檢測結果，存在一定的主觀判讀誤差，而且在暗環境實施，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動電壓和電流，具有能耗大、體積也不小、不便于推廣使用節能減排等諸多缺點。

1 設計方案

1.1 方案概述

本研究設計是一種大腸埃希菌檢測裝置，包括熒光激發光源LED，熒光激發光源LED 置于檢測管腔的底部；熒光激發光源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壁上。本研究設計采用LED 紫外燈管作為熒光激發光源，使用性價比高且性能穩定的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 設計結構

本研究設計裝置的電路設計如圖1 所示，研究設計的結構如圖2 所示。其中，U1 為555 時基電路，LED 為熒光激發光源，J1 為微型USB 接口，S1 為電源開關，Y 為有源蜂鳴器，E 為電池，R1 和R2 為電阻，RP 為靈敏調節電位器。

本研究設計中，LED 發射紫外線的波長為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壁離熒光激發光源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 電路設計圖

圖2 設計結構示意圖

2 實施方案

2.1 連接方案

根據圖1 所示的電路設計圖，本研究設計包括熒光激發光源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 的負極接J1的負端，電池的正極接電源開關S1 的一端；電源開關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 的負極。

2.2 工作原理

當試管中有熒光物質產生時，由LED 發射的紫外線通過試管底部照射到熒光物質上，激發熒光物質產生散射的熒光；熒光檢測探頭RL 檢測到熒光后其電阻阻值變小，與靜態偏置電阻R2 和靈敏度調節電位器RP 進行分壓，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 得電發聲，表示試管中有熒光物質發出熒光，即大腸埃希菌生長產生了熒光物質，可以判斷出陽性結果；反之，如果試管中沒有熒光物質，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S1 閉合時，LED 發射紫外線作為熒光激發光源。

3 結束語

本研究設計屬于一種檢測大腸埃希菌的裝置系統，并不屬于現有技術中各電子元件簡單連接的使用創造。構成本研究設計裝置的各類電子元件的型號選擇、激發電子線路工作的元件各參數設置是其電路實現功能的關鍵技術，是解決問題不可缺少的技術手段，研究設計時根據參考上述設計方案，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。

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