CN107075554B - 检测水样品中微生物的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对在例如海水或其他水样品中存在的微生物进行检测的设备和方法。提供了用于获得进行测试的水样品、经过一系列储液器移动所述水样品以及将水样品与指示剂例如染料结合的装置，所述指示剂结合至样品中的任何微生物的DNA。通过例如分光荧光计或其他合适的用于测量指示剂的装置测得指示剂的任何结合。

Description

检测水样品中微生物的方法及设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年4月9日提交的、申请号为61/977,330的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及使用生物传感器和DNA染色技术、用于对在流动的水系统(例如涉及海水的系统)中的微生物进行连续地、自动地、实时地检测的方法和设备。

背景技术

在任何涉及流动的水的系统中，水中微生物的存在会以消极的方式影响系统。这类问题的例子包括微生物影响的仪器腐蚀，系统或储液器的堵塞，生物淤积等等。参见通过引用并入本文的美国专利8,525,130,其讨论了在海水淡化工厂中由生物淤积引起的问题，并且努力进行探测和分析例如在工厂设备上生长的生物膜。

虽然有很多已知的利用生物传感器检测微生物的存在的方法学，这些方法对液体例如天然水、再生水、海水等等的适用性的可用信息是有限的。关于这方面，美国专利8,206,946同样通过引用并入本文。

美国专利6,787,302,其公开内容通过引用并入本文，教导了使用市售染料“SYTO16”来检测液体样品中的活细胞。同样参见美国专利8,206,946、公布的美国申请20040191859和PCT申请WO 1995 0191859,其公开了使用荧光染料来检测微生物。所有这些文件内容均通过引用并入本文。

这些参考文献中没有一个教导或公开了用于实时分析系统中的方法和/或设备，所述实时分析系统能被用来自动地并连续地对水样品，例如海水中的微生物的存在进行监控。

下文公开的本发明涉及解决上文所提出的问题的设备和方法。

发明内容

本发明涉及用于在连续的基础上自动监测流动的水系统(例如，海水)中的微生物的方法和设备。进一步地，本发明包括向自动的微生物传感器中并入DNA染色技术，因此能通过染色的DNA对微生物进行检测，所述DNA在微生物中是普遍存在的。

附图说明

图1示出了本发明的一种实施方式。

图2示出了根据本发明实施的一个实验的结果。

图3a和图3b示出了进一步的结果。

图4示出了还进一步的结果。

具体实施方式

图1示出了本发明的一种实施方式。参照图1，描述了连接至管道117的管道阀门“101”。这在下文讨论的生物传感器和海水注入侧线之间起到连接件界面的作用。同样描述了压力调节器102，其能调节注入至生物传感器中的水的压力，并且保证稳定流入样品室。如下文所显示的，水的压力应当低于10巴。

带限定器元件“103”的管道装置同样促进了水以稳定、规则的流动进行输送。水流经所述管道装置进入样品室“104”。该室有恒定的溢流，其保证了新鲜样品的持续可用性。同样示出了自动注射器“105”，其被校正以获得精确的样品体积(例如5ml)，二端口注入阀“106”和分配阀“110”使其变得容易。注入阀106将水从样品室和指示剂储液器107中移出。当样品和DNA染色剂混合时，自动注射器“105”将液体反复吸取，然后其被转移到混合室“108”，以进一步保证均匀的混合。但是，更普遍的是注射器被用来从例如样品室、下文讨论的指示剂储液器、储液器111和112获得液体样品，并从空气过滤器(本文中未示出)获得空气样品。液体或空气然后能够被转移至样品室、指示剂储液器、下文讨论的混合室、同样在下文讨论的流动池和储水器。阀110和注入阀106的位置控制着对样品的获取和分配。同样示出了流动池“109”(其可以被视为流经池)，容纳例如蒸馏水的第一储液器“111”，和容纳清洁剂的第二储液器“112”，每一储液器设置有装置“113”和“114”，用于将各自原料吸取进同样被示出的工作设备中。在优选的实施方式中，分配阀110为机动的。如图1的实施方式中所示出的，所述分配阀有多个端口(在此实施方式中，8个，每一端口以一导向线代表)，其控制着注射器从何处吸取液体或空气，并且当注射器排空时向何处分配注射器内容物。本文还示出了用于保护所述设备防御外界的外壳装置115的一部分。传感器本身未在此图中示出。测量之后，样品的废料通过装置116转移至例如废液池(其未示出)中。

在操作时，设备自动地或手动地被转到“开”模式。当这个是自动进行时，可以使用计时器、计算机控制、网际或局域网连接等等。当使用自动计时器时，其被设置为使用标准或定制软件打开计算机，或者对作为生物传感器的一部分的电脑进行编程，或者通过内部局域网进行远程控制。自动计时器装置使用的能量最少但是也可以使用其他系统。

通过上文描述可以看出，本发明的设备使用了分配系统以运输和混合液体(例如，水样品、染料溶液、清洁剂和冲洗水)。在所描述的实施方式中，使用了注射器，但是技术人员能够知道用于分配和混合的其它模式的可能性。

在操作时，将水样品例如海水从样品室移出，并且以精确的量(如下文讨论的)与指示剂(例如DNA结合染料)以预定但可变的比例进行混合。所述比例取决于很多因素，包括指示剂的性质、被测试液体的盐度和其他因素。在这些实例中，

Green I((N',N'-二甲基-N-[4-[(E)-(3-甲基-1,3-苯并噻唑-2-亚基)甲基]-1-苯基喹啉-1-um-2-yl]-N-丙基-1,3-二胺))与有着55％盐度的海水以1:10,000的比例混合。混合物以预定的时间进行培养，以使得指示剂渗透通过细菌的细胞膜并使指示剂与例如DNA进行结合。培养时长的选择可以变化，并且取决于所需的敏感度而增加。在下面的例子中，培养时间为40分钟。

培养之后，样品被泵送至流动池，所述流动池已改造成通过例如荧光对指示剂进行检测，例如使用具有激发波长为490nm的LED光源。使用该参量是因为其变热时间短，并且能量需求低。光的进入和发射可以通过滤光器进行控制使得干扰最小化，发射光通过光谱测定法在520nm处测得。众所周知的是可以根据所使用的指示剂的性质改变LED的性能和滤光器。任何通过本文描述的系统获得的数据可以储存在传感器计算机中，并且可以直接或远程获取。本领域技术人员可以意识到，滤光器和LED波长可根据所使用的染料而改变。

操作时长和在给定的时间期间内可以采取的测量数取决于多个因素，例如试剂容器的尺寸。

实施例1

下面的例子描述了上文所述的实施方式的应用。允许设定运行26天，在检测之前一天3次测量并且需要更换试剂。

生物传感器放置在平的表面上，并且连接至电源(230V交流电，电源带有火线、零线和地线)。需要指出的是该系统能够适于使用太阳能板、控制件和电池。

进一步地，传感器与侧线连接，压力小于10巴。该连接通过在连接件处推动变得容易，其促进了运输装置的连接和替换，所述运输装置将水引入到系统中。

在操作时，当前系统被设计为在40℃以下工作。如果温度升至超过40℃，包含的元件将关闭系统。如果所使用的元件对温度不敏感，或者在系统中引入冷却装置，则该特征不需要。

接下来详细介绍该系统工作时的一般方式；但是，本领域技术人员可以意识到可能的改变。

生物传感器首先测量温度和湿度以判定是否存在限制的参数(例如，温度高于40℃，或者湿度高于90％)。如上文所提到的，如果出现这种情况设备将关闭。

传感器同样提供有关是否需要补充任何试剂的信息。

如果环境条件合适并且存在所需要量的试剂，加热分光计，对系统用样品进行冲洗。接下来，水样品和使用预设比例的量的染料溶液被吸入注射器中。这些通过将液体反复泵送至混合室(例如三次)而进行混合。混合之后，培养样品，将样品送至流动池，并检测荧光。

接下来，用清洁剂、蒸馏水、空气然后再次蒸馏水对系统进行冲洗。然后系统关闭，输入关于何时该过程需要重复的自动指令。

本文描述的本发明将分析水样品的时间从数周降低至数小时。

实施例2

通过上文提出的方法分析水源。从图2可以看出，从头计算的微生物含量高；但是，在箭头标记指示的点处(测量开始之后十天)，加入生物灭杀剂，并且值低于测定极限。(注意，图2的数据代表荧光信号和手工计数之间的相关性)。

实施例3

本文描述的本发明的长期现场试验在沙特阿拉伯进行。图3a和3b呈现了此数据，再次以荧光染色和手工计数之间的相关性的形式。线性相关性允许其转换为细胞数(每毫升海水中的细胞数)。基于尤其是样品的化学组成、染料和微生物尺寸，每个系统的转换因数不同。

实施例4

在长期的现场试验中，在4个月期间，海水的微生物含量每天测量三次。图4示出了结果，所提供的有用信息不仅关于微生物的存在还包括生长率增长或降低的周期。例如，随着生物灭杀剂处理，没有可检测到的微生物，之后增长率增加。

其他实施例对于本领域技术人员来说将是清楚的并且不需要再重复。

所使用的术语和表述被用为描述而不作为限制，并且在使用这些术语和表述时无意排除所示出和描述的特征的任何等价形式或其部分，应当意识到的是多种变化均可以在本发明的范围内。

Claims (8)

1.用于检测水样品中微生物的存在的设备，包括生物传感器，所述生物传感器通过第一阀装置连接至用于将水样品提供给所述生物传感器的装置，所述生物传感器进一步包括调节水流进样品室的压力调节器装置和限定器装置，所述样品室具有用于将一定体积的样品运输至混合室的第一运输装置；DNA结合染料储液器，其具有用于将DNA结合染料运输至所述混合室的第二装置，其中所述用于运输的第一装置和第二装置已经连接至注入阀装置，所述注入阀装置用于控制样品和DNA结合染料的体积；所述混合室具有与其连接的注射器装置，操作所述注射器装置以对所述样品和DNA结合染料进行混合；用于容纳与所述混合室流体连接的分析样品的装置；和用于在所述用于容纳所述分析样品的装置中检测所述DNA结合染料的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述用于检测所述DNA结合染料的装置为分光荧光计。

3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括连接至所述生物传感器的第一储液器装置，所述第一储液器装置用于输送一定量的清洁剂。

4.根据权利要求3所述的设备，进一步包括用于输送清洁水至所述生物传感器的第二储液器装置。

5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括连接至所述混合室的废物处理装置。

6.一种用于检测液体样品中微生物的存在的方法，包括，将液体样品连同DNA结合染料样品运输至权利要求1所述的设备的所述混合室中，以形成混合物；培养所述混合物；并且检测已经发生的作为微生物存在的指示的所述DNA结合染料的吸收。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述液体样品为海水。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述DNA结合染料为

green I。

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