牛乳體細(xì)胞快速檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

付文斌　王春興　孟慶田

摘 要： 牛乳中體細(xì)胞含量的快速檢測(cè)有利于牛乳行業(yè)的發(fā)展，通過(guò)測(cè)量熒光的強(qiáng)度反向推出牛乳中體細(xì)胞的數(shù)目比傳統(tǒng)的測(cè)量方法更加快捷方便。通對(duì)反應(yīng)環(huán)境溫度控制模塊，試劑加注模塊，發(fā)光模塊，光補(bǔ)償模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊，光電倍增模塊這幾個(gè)方面的改進(jìn)，很大程度上提高了牛乳中體細(xì)胞含量測(cè)量精度。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到相關(guān)系數(shù)R為0.981 1，發(fā)光值Y和白細(xì)胞數(shù)X的關(guān)系式Y(jié)=2.428 5X+10.001，在測(cè)量過(guò)程上也比傳統(tǒng)的測(cè)量方法省時(shí)省力。在此設(shè)計(jì)的產(chǎn)品以便攜，操作方便，省時(shí)省力，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵字： ATP生物發(fā)光； 牛乳體細(xì)胞； 白細(xì)胞； PMT

中圖分類號(hào)： TN918?34； TH79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0110?03

Abstract： Rapid detection of somatic cell content in milk is beneficial to the development of the milk industry. A rapid detection system for somatic cell quantity in milk was designed in this paper. The exprimental results show that the improved detection equipment can improve the measuring accuracy of the somatic cell content in milk much more than that of other market instruments. Since experimental reagents is automatically added， the device simplifies the operation process and is easy to operate. The correlation coefficient R obtained by calculating the experimental data is 0.9811. The relational expression of luminescence value Y and leukocyte number X is Y=2.428 5X+10.001. In the measuring process， the method can save both time and labour much more than those of conventional methods.

Keywords： ATP bioluminescence； milk somatic cell； leukocyte； PMT

牛乳中的體細(xì)胞數(shù)（Somatic Cell Count，SCC）是指每毫升牛乳中的細(xì)胞總數(shù)。牛乳中的體細(xì)胞主要是白細(xì)胞和部分脫落的上皮體細(xì)胞。當(dāng)奶牛受乳腺炎炎性刺激的時(shí)候，過(guò)量的白細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入牛乳中，從而牛乳中體細(xì)胞數(shù)量明顯上升，這樣就影響了牛乳的品質(zhì)[1]。傳統(tǒng)的體細(xì)胞含量檢測(cè)方法操作繁瑣[2]、消耗大量人力物力，普通人員很難操作。本文根據(jù)ATP生物發(fā)光技術(shù)[3]，研制了一臺(tái)專門(mén)用于快速測(cè)量牛乳中體細(xì)胞含量?jī)x器。

1 檢測(cè)器設(shè)計(jì)

1.1 檢測(cè)原理

各種活的體細(xì)胞中ATP的含量大致相當(dāng)，體細(xì)胞在體細(xì)胞裂解劑的作用下裂解，體細(xì)胞內(nèi)的ATP釋放，與熒光素酶發(fā)生反應(yīng)能夠產(chǎn)生熒光，通過(guò)測(cè)量熒光的強(qiáng)度，就可以推算出牛乳中體細(xì)胞的含量。

1.2 檢測(cè)儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本儀器主要包括熒光檢測(cè)模塊和電路系統(tǒng)，系統(tǒng)框架圖見(jiàn)圖1。熒光檢測(cè)模塊主要采用了光電倍增管和生物傳感器[4?5]；電路系統(tǒng)包括CPU，信號(hào)采集和處理，存儲(chǔ)，顯示屏和鍵盤(pán)等輔佐進(jìn)行操作的器件。ATP[6?10]與熒光素酶反應(yīng)產(chǎn)生熒光，所有的熒光被熒光檢測(cè)模塊采集，經(jīng)過(guò)電路系統(tǒng)的處理加工轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法，顯示屏就可以顯示最終的檢測(cè)結(jié)果。

1.3 電路模塊

微控制單元選擇AD公司的ADUC824，其優(yōu)點(diǎn)是該芯片內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換模塊，自帶能夠減少外圍器件，降低成本。芯片自帶24位高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊和12位D/A轉(zhuǎn)換模塊，能夠滿座實(shí)驗(yàn)中的A/D和D/A轉(zhuǎn)換需求，芯片自帶的存儲(chǔ)也能滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。分別用TPS61045和MAX179333為光電倍增管和CPU及外圍設(shè)備供電，電路模塊結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

2 試劑改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中參加反應(yīng)的試劑和熒光素酶活性受溫度和被測(cè)溶液酸堿度影響比較大，這樣也就影響發(fā)光的強(qiáng)度，本文測(cè)量了不同pH值下白細(xì)胞濃度為12.1×104 mL-1時(shí)發(fā)光值與pH值的關(guān)系見(jiàn)圖3。當(dāng)pH<4和pH>10的時(shí)候，發(fā)光值為0，這是因?yàn)閺?qiáng)酸和強(qiáng)堿導(dǎo)致熒光素酶變性失活，4

由圖3可以看出，在pH=7.6左右時(shí)發(fā)光值達(dá)到最大值，這個(gè)pH值也是最佳測(cè)量值。經(jīng)過(guò)測(cè)量，牛奶的pH值約為6.5，為了達(dá)到最佳測(cè)量效果，在實(shí)驗(yàn)前將牛奶與pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合，這樣就使得酶活性最大，可以達(dá)到最佳測(cè)量效果，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

選用純凈的牛乳，并且依次加入不同濃度的白細(xì)胞，加入白細(xì)胞的濃度依次成系列濃度。將待測(cè)牛奶與pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合均勻待測(cè)。使用本論文設(shè)計(jì)的設(shè)備對(duì)各種不同白細(xì)胞濃度的牛乳進(jìn)行檢測(cè)。將儀器測(cè)得的熒光強(qiáng)度和牛乳中白細(xì)胞加注濃度比較，得到熒光強(qiáng)度和白細(xì)胞濃度的關(guān)系曲線，根據(jù)本曲線，推導(dǎo)出儀器測(cè)量基準(zhǔn)方程，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，多次測(cè)量，修正基準(zhǔn)方程，提高設(shè)備的精度。表1是實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的圖4是發(fā)光值與白細(xì)胞數(shù)關(guān)系曲線。

4 結(jié) 論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出本文設(shè)計(jì)的儀器可以在短時(shí)間內(nèi)快速測(cè)量出牛乳中體細(xì)胞的數(shù)量，比一般的培養(yǎng)皿計(jì)數(shù)法大大提高了效率。該設(shè)備不需要專業(yè)技術(shù)人員操作，實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際白細(xì)胞數(shù)目相關(guān)系數(shù)R達(dá)到0.981 1，精度高，能很好的滿足各種牧場(chǎng)和衛(wèi)生部門(mén)的需求。該產(chǎn)品以低廉的價(jià)格，食品安全市場(chǎng)迫切的需求，簡(jiǎn)單的操作過(guò)程，輕巧便捷，檢測(cè)快速等優(yōu)勢(shì)，具有很好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷曉薇，王根林，韓趙玉.應(yīng)用體細(xì)胞計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)奶牛隱性乳房炎[J].畜牧與獸醫(yī).2003，35（12）：53?55.

[2] 劉海霞.牛乳體細(xì)胞數(shù)的檢測(cè)方法[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2004，32（6）：31?34.

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[4] 余帆，李德華，薛雷.光學(xué)和圖像處理設(shè)備中的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2004，12（1）：100?106.

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4 結(jié) 論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出本文設(shè)計(jì)的儀器可以在短時(shí)間內(nèi)快速測(cè)量出牛乳中體細(xì)胞的數(shù)量，比一般的培養(yǎng)皿計(jì)數(shù)法大大提高了效率。該設(shè)備不需要專業(yè)技術(shù)人員操作，實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際白細(xì)胞數(shù)目相關(guān)系數(shù)R達(dá)到0.981 1，精度高，能很好的滿足各種牧場(chǎng)和衛(wèi)生部門(mén)的需求。該產(chǎn)品以低廉的價(jià)格，食品安全市場(chǎng)迫切的需求，簡(jiǎn)單的操作過(guò)程，輕巧便捷，檢測(cè)快速等優(yōu)勢(shì)，具有很好的市場(chǎng)前景。

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