牛乳体细胞快速检测系统的设计
2014-06-30付文斌王春兴孟庆田
付文斌 王春兴 孟庆田
摘 要： 牛乳中体细胞含量的快速检测有利于牛乳行业的发展，通过测量荧光的强度反向推出牛乳中体细胞的数目比传统的测量方法更加快捷方便。通对反应环境温度控制模块，试剂加注模块，发光模块，光补偿模块，光电转换模块，光电倍增模块这几个方面的改进，很大程度上提高了牛乳中体细胞含量测量精度。经过计算得到相关系数R为0.981 1，发光值Y和白细胞数X的关系式Y=2.428 5X+10.001，在测量过程上也比传统的测量方法省时省力。在此设计的产品以便携，操作方便，省时省力，价格便宜等优点，具有一定的市场应用价值。
关键字： ATP生物发光； 牛乳体细胞； 白细胞； PMT
中图分类号： TN918?34； TH79 文献标识码： A 文章编号： 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
牛乳中的体细胞数（Somatic Cell Count，SCC）是指每毫升牛乳中的细胞总数。牛乳中的体细胞主要是白细胞和部分脱落的上皮体细胞。当奶牛受乳腺炎炎性刺激的时候，过量的白细胞就会进入牛乳中，从而牛乳中体细胞数量明显上升，这样就影响了牛乳的品质[1]。传统的体细胞含量检测方法操作繁琐[2]、消耗大量人力物力，普通人员很难操作。本文根据ATP生物发光技术[3]，研制了一台专门用于快速测量牛乳中体细胞含量仪器。
1 检测器设计
1.1 检测原理
各种活的体细胞中ATP的含量大致相当，体细胞在体细胞裂解剂的作用下裂解，体细胞内的ATP释放，与荧光素酶发生反应能够产生荧光，通过测量荧光的强度，就可以推算出牛乳中体细胞的含量。
1.2 检测仪器系统结构
本仪器主要包括荧光检测模块和电路系统，系统框架图见图1。荧光检测模块主要采用了光电倍增管和生物传感器[4?5]；电路系统包括CPU，信号采集和处理，存储，显示屏和键盘等辅佐进行操作的器件。ATP[6?10]与荧光素酶反应产生荧光，所有的荧光被荧光检测模块采集，经过电路系统的处理加工转换成数字信号进行处理，根据预设的算法，显示屏就可以显示最终的检测结果。
1.3 电路模块
微控制单元选择AD公司的ADUC824，其优点是该芯片内部集成了高分辨率的A/D转换模块，自带能够减少外围器件，降低成本。芯片自带24位高精度A/D转换模块和12位D/A转换模块，能够满座实验中的A/D和D/A转换需求，芯片自带的存储也能满足实验数据的存储和处理。分别用TPS61045和MAX179333为光电倍增管和CPU及外围设备供电，电路模块结构图见图2。
2 试剂改进
实验过程中参加反应的试剂和荧光素酶活性受温度和被测溶液酸碱度影响比较大，这样也就影响发光的强度，本文测量了不同pH值下白细胞浓度为12.1×104 mL-1时发光值与pH值的关系见图3。当pH<4和pH>10的时候，发光值为0，这是因为强酸和强碱导致荧光素酶变性失活，4
由图3可以看出，在pH=7.6左右时发光值达到最大值，这个pH值也是最佳测量值。经过测量，牛奶的pH值约为6.5，为了达到最佳测量效果，在实验前将牛奶与pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合，这样就使得酶活性最大，可以达到最佳测量效果，提高测量准确性。
3 实验过程
选用纯净的牛乳，并且依次加入不同浓度的白细胞，加入白细胞的浓度依次成系列浓度。将待测牛奶与pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合均匀待测。使用本论文设计的设备对各种不同白细胞浓度的牛乳进行检测。将仪器测得的荧光强度和牛乳中白细胞加注浓度比较，得到荧光强度和白细胞浓度的关系曲线，根据本曲线，推导出仪器测量基准方程，经过大量实验，多次测量，修正基准方程，提高设备的精度。表1是实验中测量的数据，对应的图4是发光值与白细胞数关系曲线。
4 结 论
从实验结果可以看出本文设计的仪器可以在短时间内快速测量出牛乳中体细胞的数量，比一般的培养皿计数法大大提高了效率。该设备不需要专业技术人员操作，实验过程简便快捷，测量结果与实际白细胞数目相关系数R达到0.981 1，精度高，能很好的满足各种牧场和卫生部门的需求。该产品以低廉的价格，食品安全市场迫切的需求，简单的操作过程，轻巧便捷，检测快速等优势，具有很好的市场前景。
参考文献
[1] 雷晓薇，王根林，韩赵玉.应用体细胞计数监测奶牛隐性乳房炎[J].畜牧与兽医.2003，35（12）：53?55.
[2] 刘海霞.牛乳体细胞数的检测方法[J].中国乳品工业，2004，32（6）：31?34.
[3] 王慧锋，秦添.微弱荧光信号检测电路抗噪声能力对时间分辨荧光免疫分析仪测量精度的影响[J].中国组织工程研究与临床，2009（4）：705?707.
[4] 余帆，李德华，薛雷.光学和图像处理设备中的电磁兼容性设计[J].光学精密工程，2004，12（1）：100?106.
[5] 罗金平，田青，岳伟伟，等.快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器[J].分析化学，2009，37（2）：306?310.
[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.
[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.
[8] 何艳.ATP生物发光法中ATP提取剂的研究[D].上海：华东师范大学，2007.
[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.
[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.
4 结 论
从实验结果可以看出本文设计的仪器可以在短时间内快速测量出牛乳中体细胞的数量，比一般的培养皿计数法大大提高了效率。该设备不需要专业技术人员操作，实验过程简便快捷，测量结果与实际白细胞数目相关系数R达到0.981 1，精度高，能很好的满足各种牧场和卫生部门的需求。该产品以低廉的价格，食品安全市场迫切的需求，简单的操作过程，轻巧便捷，检测快速等优势，具有很好的市场前景。
参考文献
[1] 雷晓薇，王根林，韩赵玉.应用体细胞计数监测奶牛隐性乳房炎[J].畜牧与兽医.2003，35（12）：53?55.
[2] 刘海霞.牛乳体细胞数的检测方法[J].中国乳品工业，2004，32（6）：31?34.
[3] 王慧锋，秦添.微弱荧光信号检测电路抗噪声能力对时间分辨荧光免疫分析仪测量精度的影响[J].中国组织工程研究与临床，2009（4）：705?707.
[4] 余帆，李德华，薛雷.光学和图像处理设备中的电磁兼容性设计[J].光学精密工程，2004，12（1）：100?106.
[5] 罗金平，田青，岳伟伟，等.快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器[J].分析化学，2009，37（2）：306?310.
[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.
[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.
[8] 何艳.ATP生物发光法中ATP提取剂的研究[D].上海：华东师范大学，2007.
[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.
[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.
4 结 论
从实验结果可以看出本文设计的仪器可以在短时间内快速测量出牛乳中体细胞的数量，比一般的培养皿计数法大大提高了效率。该设备不需要专业技术人员操作，实验过程简便快捷，测量结果与实际白细胞数目相关系数R达到0.981 1，精度高，能很好的满足各种牧场和卫生部门的需求。该产品以低廉的价格，食品安全市场迫切的需求，简单的操作过程，轻巧便捷，检测快速等优势，具有很好的市场前景。
参考文献
[1] 雷晓薇，王根林，韩赵玉.应用体细胞计数监测奶牛隐性乳房炎[J].畜牧与兽医.2003，35（12）：53?55.
[2] 刘海霞.牛乳体细胞数的检测方法[J].中国乳品工业，2004，32（6）：31?34.
[3] 王慧锋，秦添.微弱荧光信号检测电路抗噪声能力对时间分辨荧光免疫分析仪测量精度的影响[J].中国组织工程研究与临床，2009（4）：705?707.
[4] 余帆，李德华，薛雷.光学和图像处理设备中的电磁兼容性设计[J].光学精密工程，2004，12（1）：100?106.
[5] 罗金平，田青，岳伟伟，等.快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器[J].分析化学，2009，37（2）：306?310.
[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.
[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.
[8] 何艳.ATP生物发光法中ATP提取剂的研究[D].上海：华东师范大学，2007.
[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.
[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.
