一种可控氧环境的微生物培养检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种可控氧环境的微生物培养检测装置及其检测方法,属于微生物培养器械技术领域。
背景技术
对微生物的种属、遗传变异以及生物学表型状态的检测,是医疗卫生、检验检疫、食品安全、疾病控制等领域日常工作中不可或缺的常规检验项目。
目前,常用的细菌生物学表型状态的检测方法包括:观察细菌的形态学特点、培养条件和生物化学反应等。例如,检测微生物在一定培养条件下,如不同的含氧环境,产生的酸类物质、气体等代谢产物的理化特性,可作为判定细菌的种属、生长代谢和遗传变异的依据。上述方法是微生物检验中十分重要的手段,但通常要求较为复杂的检测设备,为控制培养条件中的氧环境,往往使操作繁琐、成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述的不足,提供一种可控氧环境的微生物培养检测装置及其检测方法,该装置结构简单、部件更换方便、控氧环境易于实现,适于工业化生产、储存和运输;操作灵活,使用多种不同相态的常用指示剂和借助光学检测仪,检测快速灵敏,准确度高。
本发明的目的是这样实现的:一种可控氧环境的微生物培养检测装置,它包括培养瓶和安装在培养瓶上的检测盖,以及设置在检测盖内的隔膜和隔膜固定装置,所述培养瓶与检测盖通过螺纹连接,所述检测盖的中部设置向上凸出的中空的反应腔,检测盖的下部设置阶梯状的台阶Ⅰ和台阶Ⅱ,所述台阶Ⅰ和台阶Ⅱ为同心圆环,台阶Ⅱ的内直径大于台阶Ⅰ的内直径,所述反应腔与台阶Ⅰ、台阶Ⅱ一体成形,所述隔膜固定装置为中央开设通孔、外圆壁设有螺纹的圆柱体,所述通孔内壁设置四道均匀分布的凹槽,每道凹槽的延长线通过隔膜固定装置的中心点组成十字,所述隔膜固定装置的正面设置若干个下凹的型腔,所述型腔与凹槽和/或通孔之间设有透气口,所述隔膜固定装置与台阶Ⅰ的竖部的内侧通过螺纹连接,所述隔膜设置在台阶Ⅰ和隔膜固定装置之间。
所述型腔在凹槽的反向延长线上,所述型腔与凹槽相邻的壁的高度小于隔膜固定装置的厚度。
所述型腔均匀设置在两个凹槽之间。
所述反应腔的横截面呈长方形或正方形。
还包括垫片,所述垫片呈环状,设置在台阶Ⅰ和隔膜固定装置之间,所述垫片的个数为一个或一个以上,所述隔膜设置在垫片之上或多个垫片之间。
所述培养瓶的上端敞开,培养瓶与检测盖的台阶Ⅱ的竖部的内侧通过螺纹连接。
所述培养瓶与检测盖的开口处均设有密封件,所述密封件包括密封盖和/或密封膜。
还包括垫圈。
所述检测盖的台阶Ⅱ的内侧的横部设有环状密封槽,所述密封槽内设置垫圈。
本发明一种可控氧环境的微生物培养检测装置的检测方法的步骤如下:
步骤一:检测盖的反应腔中放置检测试剂,型腔内放置除氧剂或产氧剂,再将隔膜、垫片、隔膜固定装置和垫圈依次组装入检测盖内,最后用密封件将检测盖密封;
步骤二:在培养瓶内注入液体培养基,将待检测样本接种到液体培养基内,用密封件将培养瓶密封;
步骤三:去除培养瓶与检测盖的密封件,将培养瓶与检测盖通过螺纹连接;
步骤四:将上述装置在一定温度下培养、观察和检测。
本发明的微生物生长检测装置及其检测方法的原理是指示培养法。所谓指示培养法是指在特殊培养基中添加某种指示剂的培养方法。它在满足微生物培养需要的基础上,对培养过程中微生物所产生的某些代谢产物进行实时检测。该方法中常用的指示剂包括:对细菌代谢产物(如CO2、NH3、ATP)或某种菌体成分敏感的化学指示剂、荧光化合物、生物荧光物质等。因此,该方法可通过测定培养过程中指示剂化学、光学特性的变化,从而判定待检样品被微生物污染的程度。
本发明的有益效果是:
本发明一种可控氧环境的微生物培养检测装置及其检测方法的特点如下:
1、培养瓶与检测盖相互独立,可根据需要在微生物培养前或培养结束后进行组装,增强了装置的使用灵活性;培养瓶与检测盖分别加入液体培养基和检测试剂后,设置的密封盖和/或密封膜,使装置能进行密封保存,适合工业化生产、储存和运输。
2、该装置可根据微生物生长对氧气的不同需求进行调控,在培养瓶或隔膜固定装置上的型腔中添加产氧剂或除氧剂,达到需氧、微氧、厌氧的培养目的。另外,检测盖中的垫圈,增强了装置的密闭性,确保了上述可控氧环境的持续性和稳定性。
3、装置中的反应腔是一个可以进行光学检测的部件, 其尺寸与常规光学检测仪器的比色皿尺寸匹配,整个装置在检测过程中可以倒置或倒置置入光学检测仪器中;该检测方法的使用成本低,准确度高,操作简便。
4、装置中反应腔的检测试剂具有多样性,包括酸碱指示剂、氧化还原指示剂、荧光指示剂等,可为液体、固体或半固体,从而提高了检测灵敏度、同时也扩大了检测范围、增多了检测项目。
5、隔膜的种类具有多样性,包括:仅容许某些气体分子或离子通过的选择性半透膜、容许生物大分子如蛋白或核酸分子通过的分子筛、不通透的可溶性薄膜(与培养瓶中的液体接触后自动溶解)。隔膜可以是上述种类中的一种或几种组合,其更换可通过隔膜固定装置和垫片的拆卸、安装实现,从而增强了装置的可操作性。
6、该装置可在培养过程中或培养结束后对微生物的产物进行检测,增强了检测的灵活性,增加了检测项目。
附图说明
图1为本发明一种可控氧环境的微生物培养检测装置的示意图。
图2为图1的A-A剖示分解图。
图3为图1中隔膜固定装置放大的立体示意图。
图4 为图3的B-B剖示图。
其中:
培养瓶1
检测盖2
反应腔21
台阶Ⅰ22
台阶Ⅱ23
密封槽231
隔膜3
隔膜固定装置4
通孔41
凹槽411
型腔412
垫片5
垫圈6。
具体实施方式
参见图1至图4,本发明一种可控氧环境的微生物培养检测装置包括培养瓶1和安装在培养瓶1上的检测盖2,以及设置在检测盖2内的隔膜3和隔膜固定装置4,所述培养瓶1与检测盖2通过螺纹连接(图2中螺纹均未示出)。所述检测盖2的中部设置有向上凸出的中空的反应腔21,所述反应腔21横截面呈长方形或正方形,所述反应腔21与台阶Ⅰ22、台阶Ⅱ23一体成形。所述反应腔21内可放置酸碱指示剂、氧化还原指示剂、荧光指示剂等多种检测试剂,其物理状态可为液体、固体或半固体。检测盖2的下部设置阶梯状的台阶Ⅰ22和台阶Ⅱ23,所述台阶Ⅰ22和台阶Ⅱ23为同心圆环,台阶Ⅱ23的内直径大于台阶Ⅰ22的内直径。
所述隔膜固定装置4为中央开设通孔41、外圆壁设有螺纹的圆柱体。所述通孔41内壁设置四道均匀分布的凹槽411,每道凹槽411的延长线通过隔膜固定装置4的中心点组成十字,方便用十字工具装卸隔膜固定装置4。所述隔膜固定装置4的正面设置若干个下凹的型腔412,所述型腔412在凹槽411的反向延长线上,所述型腔412与凹槽411相邻的壁的高度小于隔膜固定装置4的厚度,形成型腔412与凹槽411之间的透气口,如图3和图4所示;或者所述型腔412均匀设置在两个凹槽411之间,所述型腔412与凹槽411和/或通孔41之间设有透气口,所述隔膜固定装置4与台阶Ⅰ22的竖部的内侧通过螺纹连接(图2中螺纹均未示出)。
所述型腔412内可放置产氧剂或除氧剂,如:硼氢化钠、半胱氨酸、碳酸氢钠、过氧化钙等,达到需氧、微氧、厌氧的培养目的。产氧剂或除氧剂也可放置在培养瓶1内。所述隔膜固定装置4与台阶Ⅰ22的竖部的内侧通过螺纹连接(图2中螺纹均未示出)。
所述隔膜3为选择性半透膜,仅让气体或离子通过,进入检测盖2;或为具有一定孔径的分子筛,容许生物大分子通过,如蛋白分子、核酸分子等;或为不通透的可溶性薄膜,该薄膜与培养瓶1中的液体接触后能自动溶解。隔膜3是上述种类中的一种或几种组合。所述隔膜3设置在台阶Ⅰ22和隔膜固定装置4之间。
在所述台阶Ⅰ22和隔膜固定装置4之间还设有垫片5,所述垫片5呈环状,个数为一个或一个以上。所述隔膜3设置在垫片5之上或多个垫片5之间。所述培养瓶1的上端敞开,培养瓶1与检测盖2的台阶Ⅱ23的竖部的内侧通过螺纹连接(图2中螺纹均未示出)。在所述台阶Ⅱ23内还设有垫圈6,所述检测盖2的台阶Ⅱ23的内侧的横部设有环状密封槽231,所述垫圈6设置在台阶Ⅱ23的密封槽231内,增强了培养瓶1和检测盖2的密闭性。
所述培养瓶1与检测盖2的开口处均设有密封件,所述密封件包括密封盖和/或密封膜。培养瓶1中加入一定量的液体培养基,加密封盖和/或密封膜进行密封保存;检测盖2内根据实际需要加入各种检测试剂、产氧剂或除氧剂、隔膜等,加密封盖和/或密封膜进行密封保存。分离的培养瓶1与检测盖2密封后便于运输。
本发明一种可控氧环境的微生物培养检测装置的检测方法的步骤如下:
步骤一:检测盖2的反应腔21中放置检测试剂,型腔412内放置除氧剂或产氧剂,再将隔膜3、垫片5、隔膜固定装置4和垫圈6依次组装入检测盖2内,最后用密封件将检测盖2密封;
步骤二:在培养瓶1内注入液体培养基,将待检测样本接种到液体培养基内,用密封件将培养瓶1密封;
步骤三:去除培养瓶1与检测盖2的密封件,将培养瓶1与检测盖2通过螺纹连接;
步骤四:将上述装置在一定温度下培养、观察和检测。
为了微生物更好或更快地生长,本发明的可控氧环境的微生物培养检测装置可放置在晃动或振动系统上,使待检测样本与液体培养基充分接触。
本发明的检测试剂、产氧剂或除氧剂、隔膜等具有多样性,可根据微生物及其检测产物的不同进行灵活组合。
实施例一:以检测专性需氧菌(假单胞菌属)生长过程中产生的NH3为例,检测试剂、产氧剂、隔膜组合方式为:检测盖2的反应腔21中添加的检测试剂可以是溴甲酚紫半固体凝胶、酚红凝胶;检测盖2中放置的隔膜3为羊皮纸半透膜;型腔412中添加的产氧剂,如过氧化钙等。培养前将培养瓶1和检测盖2组装连接,在特定条件下培养一定时间后,生化反应产生的混合气体经过隔膜3进入检测盖2的反应腔21,观察检测试剂的反应,若溴甲酚紫半固体凝胶显紫色、酚红凝胶显红色,则被检测物中含有假单胞菌属。
实施例二:以检测专性厌氧菌(口腔拟杆菌)利用七叶苷产生七叶亭为例,检测试剂、除氧剂、隔膜组合方式为:培养瓶1的培养液中加入的除氧剂为半胱氨酸或巯乙醇酸钠等;检测盖2的反应腔21中添加的检测试剂为柠檬酸铁溶液;检测盖2中放置的隔膜3为胶棉半透膜,或聚偏二氟乙烯(PVDF)滤膜;型腔412中添加除氧剂,可以是:硼氢化钠,或碳酸氢钠等;培养前将培养瓶1和检测盖2组装连接,在特定条件下培养一定时间后将装置倒置,使含有待检测样本的液体培养基产生的离子透过隔膜3进入检测盖2的反应腔21,观察检测试剂的反应现象,若柠檬酸铁溶液显黑色到暗棕色,则被检测物中含有口腔拟杆菌。
实施例三:以检测兼性厌氧菌(肠球菌)生长过程中产生H2S为例,检测试剂、产/除氧剂、隔膜组合方式为:培养瓶1的培养液中加入的除氧剂为半胱氨酸,检测盖2的反应腔21中添加的检测试剂为醋酸铅纸条,或醋酸铅半固体凝胶;测区2中放置的隔膜3为聚四氟乙烯过滤膜、羊皮纸半透膜;培养前或培养后将培养瓶1和检测盖2组装连接,在特定条件下培养一定时间后,H2S透过隔膜3进入检测盖2的反应腔21,观察检测试剂的反应现象,若醋酸铅纸条,或醋酸铅半固体凝胶显黑色,则被检测物中含有肠球菌。
实施例四:以检测微氧菌(单核细胞增生李斯特菌)生长过程中酸性产物,检测试剂、产/除氧剂、隔膜组合方式为:检测盖2的反应腔21中添加的检测试剂为酚红颗粒;检测盖2中放置的隔膜3为可溶性膜、混合纤维素膜;型腔412中添加的除氧剂为碳酸氢钠和柠檬酸。培养前将培养瓶1和检测盖2组装连接,在特定条件下培养一定时间后,将装置倒置,使含有待检测样本的液体培养基产生的离子透过隔膜3进入检测盖2的反应腔21,观察检测试剂的反应现象,若酚红颗粒显黄色,则被检测物中含有单核细胞增生李斯特菌。
本发明装置还方便用于微生物具有生物荧光反应、紫外反应等生物发光反应特性的检测。所述反应腔21的尺寸与光学检测仪的检测皿尺寸匹配。检测时,将反应腔21置入光学检测仪(如紫外可见分光光度计、荧光分光光度计等)的原比色皿位置,按光学检测的常规操作进行。
实施例五:以检测未知微生物是革兰氏阴性还是革兰氏阳性菌为例,检测试剂、隔膜组合方式为:检测盖2的反应腔21中添加的检测试剂为耦联7-氨基-4甲基香豆素;检测盖2中放置的隔膜3为混合纤维素膜、改良聚醚砜滤膜;培养前将培养瓶1和检测盖2组装连接,在特定条件下培养一定时间后,将装置倒置,使含有待检测样本的液体培养基产生的离子透过隔膜3进入检测盖2的反应腔21,用荧光检测仪检测反应结果,若有荧光反应,则说明未知微生物是革兰氏阴性菌;反之,则说明未知微生物是革兰氏阴性菌。
在上述几个实施例中,对装置的实时检测方便,既可以在培养结束后进行检测,也可以在培养过程中进行多次检测;检测试剂可以是液体、干粉颗粒、含试剂的试纸或固体、半固体凝胶等不同相态;隔膜3可更换并且具有多样性,隔膜3可以是半透膜、分子筛或可溶性薄膜中的一种或几种;对产物的检测及结果的观察有以下几种方式:直接观察检测剂的反应,来判断微生物的生长状况或是否有产生某种气体;将装置倒置,使含有待检测样本的液体培养基内的离子透过隔膜3进入反应腔21,观察反应现象;装置倒置后,可溶性的薄膜和培养瓶1中的液体接触后自动溶解,液体进入反应腔21中,从而观察结果;还可借助光学检测仪,提高检测的灵敏度和准确度,弥补人眼的不足。