一种辐射剂量检测载荷

本发明涉及生物医学检测，涉及一种辐射剂量检测载荷，特别涉及一种适用于空间生物辐射损伤剂量的自动化分析装置。

背景技术：

1、在太空飞行过程中，航天员时刻承受着空间辐射带来的潜在威胁。即使处于低地轨道上，各种高能粒子造成人体健康损害的几率也要比地球表面高数十倍。因此，对在轨辐射剂量的检测具有重要意义。

2、目前常用的胶片剂量计、热释光剂量计和玻璃剂量计等物理剂量计，在测定生物照射剂量方面存在诸多限制和不足。与其他辐射测量手段相比，生物剂量计直接以生物体内特定物质变化作为指标对辐射进行计量，对于研究辐射生物效应具有先天优势。当前生物剂量计的研究热点集中在基因表达和编码蛋白分析，如针对敏感基因及其编码蛋白进行特异性抗体结合、rt-pcr、基因或蛋白芯片(微阵列)等检测方法，以评估辐射强度。

3、上述检测方法由于存在检测指标尚待优化、设备庞大或操作复杂等原因，难以满足空间搭载等实验环境对检测设备小型化、低功耗、自动化及高可靠性等要求。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种辐射剂量检测载荷，为一种能够在空间微重力环境或地面环境下独立完成微生物培养及分析检测工作的结构装置。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种辐射剂量检测载荷，该检测载荷包括承载机构和位于所述承载机构内部的电源单元、控制单元、光学检测单元、注射泵单元及微流控芯片单元；

4、所述电源单元用于向所述控制单元、光学检测单元、注射泵单元及微流控芯片单元提供直流电；

5、所述微流控芯片单元用于进行微生物灌流培养；包括注射器、微流控芯片、三通电磁阀、温控组件、储液模块、废液收集模块以及气密型电连接器；微流控芯片采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)材料机械铣床加工成型，所述微流控芯片包含一个或若干个培养腔室，相应的包含一个或若干个所述三通电磁阀、温控组件，以及一个或若干个所述光学检测单元；

6、微流控芯片结构分为培养腔室层和带流体通道的基底层，培养腔室的进液口和出液口与基底层之间均设置一层孔径为0.45μm的聚醚砜(pes)滤膜，以防止培养腔室中的微生物逸出。

7、所述注射泵单元用于将储液模块中的培养液注入至所述微流控芯片内，其注射速度由所述控制单元控制，培养液最终将排放至所述废液收集模块；

8、所述微流控芯片用于培养微生物，通过温控组件对所述微流控芯片进行温度控制，所述温控组件受控于所述控制单元；

9、所述光学检测单元包括吸光度采集单元和荧光采集单元；所述吸光度采集单元通过所述微流控芯片两侧透明观测口对培养腔室内的微生物增殖情况进行检测；所述吸光度采集单元包括吸光度检测光源、吸光度检测入射光纤、吸光度检测出射光纤、吸光度检测传感器；所述吸光度检测光源由所述控制单元控制进行上电发射设定波长光线；

10、所述吸光度检测传感器在所述控制单元的控制下对穿透所述微流控芯片的光线进行采集，控制单元对采集的数据进行存储和传输；

11、所述光学检测单元还包括用于对所述微流控芯片内的微生物相关蛋白表达情况进行检测的荧光采集单元；所述荧光采集单元包括：荧光检测光源、荧光检测入射光纤、荧光检测出射光纤、荧光检测传感器；所述荧光检测光源由所述控制单元控制进行上电发射设定波长的激发光；

12、所述荧光检测传感器在所述控制单元的控制下对所述微流控芯片发出的荧光进行采集，控制单元对采集的数据进行存储和传输；

13、所述光学检测单元还包括用于对所述吸光度检测光源提供光学滤波和散热的第一光学组件及第一散热器，用于对所述吸光度检测出射光纤提供光学滤波和汇聚的第二光学组件，用于对所述荧光检测光源提供光学滤波和散热的第三光学组件及第二散热器，以及用于对所述荧光检测出射光纤提供光学滤波和汇聚的第四光学组件；

14、所述微流控芯片为采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚二甲基硅氧烷(pdms)接合聚醚砜(pes)滤膜结构制成的多腔室的微流控芯片；

15、所述微流控芯片单元与载荷装置通过所述气密型电连接器进行连接，支持快速脱离连接完成微流控芯片单元更换；所述注射泵单元为所述注射器提供吸液和注液操作；

16、所述微流控芯片通过由所述三通电磁阀连接至注射器；在吸液阶段，控制单元控制所述三通电磁阀处于断电状态，将储液模块中的培养液吸入注射器；吸液完成后，控制单元使所述三通电磁阀处于通电状态，将注射器中的培养液定时定量注入所述微流控芯片；

17、所述微流控芯片单元壳体设计为气密型，防止液体外泄；

18、所述承载机构上包括供电接口、通信接口、状态指示灯，以及芯片舱门；

19、所述微流控芯片单元通过芯片舱门进行便捷安装或拆卸。

20、采用上述技术方案，本发明有如下有益效果：

21、(1)本发明采用微流控芯片具有尺寸小型化、试剂微量化、集成化、自动化，以及分析效率显著提高等优势，借助微流控芯片，发展基于合成生物学的辐射损伤生物剂量载荷具有重要的意义和应用前景。此外，在轨开展微生物培养及检测分析实验，对样品的低温存放条件、载荷的生物安全性、重复实验设计等均有较高的要求，需尽量简化人工操作，并确保无试剂泄漏风险。本发明采用装置、芯片独立式的设计，可根据重复实验需求实现微流控芯片的便捷更换。独立密封的微流控芯片在物资上行和在轨存放阶段均可以便于放入低温环境保存，具有取样安全、样品损耗低、操作自动化等特点，有效降低长时间培养过程对功耗、人员的需求。

22、(2)本发明的实验方法的综合成本低，装置物理尺寸合适、加工方便且灭菌简单，能够同时实现培养过程中微生物生长状况和蛋白表达情况的连续监测，并有效避免人为操作对实验引入污染和误差的风险。

23、(3)本发明实现了自主式的微生物灌流培养及检测分析，装置具备符合我国空间站标准的供电接口和数据总线接口，装置的结构设计和电路设计符合空间搭载环境的热、力学性能和电磁兼容性能的相关要求。

24、(4)本发明涉及生物医学检测领域，特别涉及一种适用于空间生物辐射损伤剂量的自动化分析装置。一种辐射剂量检测载荷，其技术方案是：包括电源单元、控制单元、光学检测单元、注射泵单元、微流控芯片单元，以及承载机构。其中，电源单元用于完成对外部供电的隔离转换，并为控制单元、光学检测单元、注射泵单元、微流控芯片单元提供稳定直流电。微流控芯片单元集成储液袋、微流控芯片微池、微通道、微阀，以及温控组件，结合注射泵单元和光学检测单元实现工程菌的灌流培养，以及对与工程菌辐射损伤效应相关的光学指标进行检测。控制单元集成一路通信接口，负责完成系统工作流程控制，包括注射泵控制、温度控制、光学检测及对外通信等操作。

技术特征：

1.一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

4.根据权利要求2或3所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

8.根据权利要求5所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

10.根据权利要求2所述的一种辐射剂量检测载荷，其特征在于：

技术总结
本发明涉及生物医学检测领域，涉及一种辐射剂量检测载荷，包括电源单元、控制单元、光学检测单元、注射泵单元、微流控芯片单元，以及承载机构。其中，电源单元用于完成对外部供电的隔离转换，并为控制单元、光学检测单元、注射泵单元、微流控芯片单元提供稳定直流电。微流控芯片单元集成储液袋、微流控芯片微池、微通道、微阀，以及温控组件，结合注射泵单元和光学检测单元实现工程菌的灌流培养，以及对与工程菌辐射损伤效应相关的光学指标进行检测。

技术研发人员：杨春华,李晓琼,樊云龙,吕雪飞,邓玉林,王文甲
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13