CN108827936B - 一种血液培养报阳检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种血液培养报阳检测装置和方法，属于血液样本检测技术领域，所述装置包括相对独立的密封血培养瓶(1)和激光拉曼光谱检测系统；所述血培养瓶(1)的材质为能透过可见光的材质。所述方法包括以下步骤：1)收集血液置于血培养瓶中培养；2)利用激光拉曼光谱检测系统无损非接触检测血培养瓶中的拉曼光谱信号变化；3)当拉曼光谱信号强度变化率趋于平稳时给出报阳结果。所述装置检测灵敏度高，操作简单，适用范围广，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及血液样本检测技术领域，具体涉及一种血液培养报阳检测装置和方法。
背景技术
血液培养报阳的检测是用于检验血液样品中有无细菌存在的一种微生物学检查方法。它是通过将血液接种到培养瓶中，利用培养瓶的营养液对血液感染的微生物进行培养，然后对微生物的生产繁殖情况进行监测。如果检测有微生物，就发出报阳警报。因此，报阳率和报阳速度是血液培养报阳检测最重要的两个指标。
现有的血培养报阳的检测方法主要以下几种：1)法国bioMerieux公司生产的VITAL自动血培养(CN201280067584.3)，其检测原理是液体培养瓶内含有发荧光物质的分子，微生物生长代谢过程中会产生二氧化碳(即碳酸)使得氢离子增加，发荧光的分子接受了这些物质后改变自身结构转变为不发光的化合物，出现荧光衰减现象，一旦被测出，即提示有细菌生长。2)美国BD公司生产的BACTECV自动血培养仪，采用均质荧光增强检测技术。培养瓶底部的荧光传感器受细菌产生的代谢物质激发产生荧光，荧光强度随着细菌数量的增加而不断增强。系统根据荧光变化趋势判断有无微生物生长。3)荷兰OrganonTeknika公司生产的BacT/alert自动血培养仪的检测原理是在血培养瓶底部有一个固相感应器，感应器上有半渗透性薄膜将培养基与感应装置隔离，只有二氧化碳能通过薄膜。当培养瓶内有细菌生长，其释放的二氧化碳可渗透至感应器，经水饱和后，产生氢离子，使pH值发生改变，感应器的颜色也随之改变，颜色由原来的绿色变成黄色，这一过程由一个置于检测组件内部的光反射检测计进行连续监测。4)武汉迪艾斯科技有限公司2017年11月6日(申请公布号CN107699480A)申请的一种血液培养检测报阳装置，采用的二氧化碳感应装置测量血培养瓶内二氧化碳浓度变化状态，从而判断培养液中微生物生长状态。
上述全部的检测方法都是通过检测培养液中微生物代谢过程中产生的气体二氧化碳浓度或压力的变化间接地判断微生物的生长状态因此存在着以下缺点：1)灵敏度低：首先，因为二氧化碳在培养瓶一部分以气体状态存在，另一部分溶解在培养液里，所以上述检测方法只能部分采样，必然会降低检测灵敏度；其次，由于空气自身含有超过0.03％含量的二氧化碳，因此本底高，也大大影响了灵敏度；2)适用范围受限：上述检测方法只能检测那些生产代谢中产生二氧化碳的微生物，对不产二氧化碳的微生物就无法检测；3)成本高：为了探测二氧化碳的变化，需要在血培养瓶中以特殊工艺添加二氧化碳的微生物指示剂，造成血培养瓶的成本昂贵。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种灵敏度高，操作简单，适用范围广，成本低的血液培养报阳检测装置和血液培养报阳检测方法。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：一种血液培养报阳检测装置，包括相对独立的密封血培养瓶(1)和激光拉曼光谱检测系统；所述血培养瓶(1)的材质为能透过可见光的材质。
优选的，所述激光拉曼光谱检测系统包括激光拉曼光谱仪(2)、控制电脑(3)和安装于控制电脑(3)上的软件系统(4)。
优选的，在装置使用时，所述激光拉曼光谱仪的探头与血培养瓶的瓶身相对，所述激光拉曼光谱仪的探头发出的激光束聚焦在血培养瓶的中央。
优选的，所述血培养瓶的材质玻璃或塑料。
优选的，所述血培养瓶内装有培养液。
优选的，所述培养液包括液体培养基和吸附抗生素的树脂。
优选的，所述激光拉曼光谱仪与控制电脑通过连接线连接。
本发明还提供了利用所述装置检测血液中微生物的方法，包括以下步骤：
1)收集血液置于血培养瓶中培养；2)利用激光拉曼光谱检测系统无损非接触检测血培养瓶中的拉曼光谱信号变化；3)当拉曼光谱信号强度变化率小于5％～30％时给出报阳结果。
优选的，步骤2)中所述血培养瓶中的拉曼光谱信号包括微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号。
优选的，所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，至强度变化率小于5％～30％；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，至强度变化率小于5％～30％
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：
本发明提供的血液培养报阳检测装置，包括相对独立的密封血培养瓶(1)和激光拉曼光谱检测系统；利用拉曼光谱优秀的无损非接触检测特点，通过直接检测血培养瓶中的拉曼光谱来直接检测微生物的生长；克服了现有技术中采用微生物的代谢产物二氧化碳间接检测微生物方法操作复杂，低灵敏度、高成本的问题，本发明利用激光拉曼光谱检测系统检测血液中的微生物，灵敏度最高可达ppb级。本发明所述装置可以直接检测微生物自身特征的拉曼光谱信号，与现有技术中通过检测微生物的代谢产物二氧化碳间接检测的方法相比，检测微生物的种类更广，现有技术的装置和方法只能检测代谢产生二氧化碳的微生物，无法检测不产生二氧化碳的微生物；而本发明所述的装置和方法可以检测所有类型的微生物。
进一步的，本发明采用激光拉曼光谱仪检测血培养瓶中的拉曼光谱信号，所述激光拉曼光谱仪的探头无需与血培养瓶接触，更无须开瓶或穿刺进瓶，采集样品，操作简单，同时避免血液样品被污染。
进一步的，本发明采用的激光拉曼光谱仪直接检测微生物自身特征的拉曼光谱信号，随着微生物的生长，微生物自身特征的拉曼光谱信号逐渐增强至平稳，所述激光拉曼光谱仪还可以同时检测液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号，随着微生物的生长，液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号逐渐减弱至平稳，通过综合微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号，能够更迅速准确的确定报阳。
附图说明
图1为血液培养报阳检测装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种血液培养报阳检测装置，包括相对独立的密封血培养瓶(1)和激光拉曼光谱检测系统；所述血培养瓶(1)的材质为能透过可见光的材质。
在本发明具体实施过程中，所述血液培养报阳检测装置的结果如图1所示，优选的包括血培养瓶(1)、激光拉曼光谱仪(2)、控制电脑(3)和安装于控制电脑(3)上的软件系统(4)。
在本发明中，所述血培养瓶(1)的材质为能透过可见光的材质。本发明对所述血培养瓶的材质没有其他特殊要求，只要能够透过可见光即可，在本发明具体实施过程中，所述血培养瓶的材质优选为玻璃或塑料，更优选为树脂。在本发明中所述血培养瓶为密封血培养瓶，本发明对所述密封的方法和材料无其他特殊要求，只要能够实现密封即可，具体的可为胶塞密封。本发明中，所述血培养瓶内装有培养液；所述培养液优选的包括液体培养基和吸附抗生素的树脂；所述液体培养基的作用为培养血液样本，如果血液样本中存在微生物，所述微生物可利用液体培养基实现自身的生长和繁殖。本发明中，所述吸附抗生素的树脂的作用为吸附血液中的抗生素。
本发明对所述激光拉曼光谱仪的种类和厂家没有特殊限定，只要能够实现拉曼光谱信号的检测即可。在本发明具体实施过程中，所述激光拉曼光谱仪，可以采用商业成熟的仪器，也可以采用自行研制的拉曼光谱仪。在本发明中所述激光拉曼光谱仪可以为便携式的，也可以是台式的。在本发明中，所述激光拉曼光谱仪的探头与血培养瓶的瓶身相对，所述激光拉曼光谱仪的探头发出的激光束聚焦在血培养瓶的中央。
本发明中，所述控制电脑通过连接线与激光拉曼光谱仪连接。本发明对所述电脑没有特殊要求，可采用激光拉曼光谱仪配套的控制电脑。在本发明中，所述软件系统优选为激光拉曼光谱仪配套的软件系统，也可以为自主研发的软件系统，只要能够实现拉曼光谱信号分析即可。
本发明还提供了利用所述装置检测血液中微生物的方法，包括以下步骤：1)收集血液置于血培养瓶中培养；2)利用激光拉曼光谱检测系统无损非接触检测血培养瓶中的拉曼光谱信号变化；3)当拉曼光谱信号强度变化趋于平稳时给出报阳结果。
本发明收集血液样品置于血培养瓶中培养，所述培养的温度采用本领域常规的温度即可，所述培养过程中，利用激光拉曼光谱检测系统无损非接触检测血培养瓶中的拉曼光谱信号变化。优选的，利用激光拉曼光谱仪进行检测。在本发明中，所述血培养瓶中的拉曼光谱信号包括微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号。本发明通过激光拉曼光谱仪探头发射的入射激光束，引起血培养瓶中微生物或液体培养基重的营养成分的分子产生振动而损失(或获得)部分能量，致使散射光频率发生变化，从而反应微生物的生长和代谢的情况，并通过控制电脑记录下来。软件系统对拉曼光谱信号的分析能够确定微生物自身特征的拉曼光谱信号和营养成分特征的拉曼光谱信号，通过上述两种拉曼光谱信号的变化强度来判定报阳。在本发明中，给出报阳结果的拉曼光谱信号强度变化率因血液中微生物的种类不同而不同，当拉曼光谱信号强度变化趋于平稳后给出报阳结果。在本发明中，优选的当拉曼光谱信号强度变化率小于5％～30％时给出报阳结果。具体的，所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，至强度变化率小于5％～30％，给出报阳结果；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，至强度变化率小于5％～30％给出报阳结果。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种血液培养报阳检测装置，结构如图1所示，包括胶塞密封的玻璃血培养瓶(1)、激光拉曼光谱仪(2)、配套的控制电脑(3)和装于控制电脑(3)上的软件系统(4)。所述玻璃血培养瓶内装有培养液；所述培养液优选的包括液体培养基和吸附抗生素的树脂。
收集血液样品置于血培养瓶中37℃培养，利用激光拉曼光谱仪无损非接触检测血培养瓶中微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号。通过激光拉曼光谱仪探头发射的入射激光束，引起血培养瓶中微生物或液体培养基重的营养成分的分子产生振动而损失(或获得)部分能量，致使散射光频率发生变化，从而反应微生物的生长和代谢的情况，并通过控制电脑记录下来。软件系统对拉曼光谱信号的分析能够确定微生物自身特征的拉曼光谱信号和营养成分特征的拉曼光谱信号，所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，当强度变化率小于10％～15％，给出报阳结果；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，当强度变化率小于6％～10％给出报阳结果。
实施例2
一种血液培养报阳检测装置，结构如图1所示，包括胶塞密封的树脂血培养瓶(1)、激光拉曼光谱仪(2)、配套的控制电脑(3)和装于控制电脑(3)上的软件系统(4)。所述玻璃血培养瓶内装有培养液；所述培养液优选的包括液体培养基和吸附抗生素的树脂。
收集血液样品置于血培养瓶中30℃培养，利用激光拉曼光谱仪无损非接触检测血培养瓶中微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号。通过激光拉曼光谱仪探头发射的入射激光束，引起血培养瓶中微生物或液体培养基重的营养成分的分子产生振动而损失(或获得)部分能量，致使散射光频率发生变化，从而反应微生物的生长和代谢的情况，并通过控制电脑记录下来。软件系统对拉曼光谱信号的分析能够确定微生物自身特征的拉曼光谱信号和营养成分特征的拉曼光谱信号，所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，当强度变化率小于5％，给出报阳结果；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，当强度变化率小于6％给出报阳结果。
实施例3
一种血液培养报阳检测装置，结构如图1所示，包括胶塞密封的玻璃血培养瓶(1)、激光拉曼光谱仪(2)、配套的控制电脑(3)和装于控制电脑(3)上的软件系统(4)。所述玻璃血培养瓶内装有培养液；所述培养液优选的包括液体培养基和吸附抗生素的树脂。
收集血液样品置于血培养瓶中35℃培养，利用激光拉曼光谱仪无损非接触检测血培养瓶中微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号。通过激光拉曼光谱仪探头发射的入射激光束，引起血培养瓶中微生物或液体培养基重的营养成分的分子产生振动而损失(或获得)部分能量，致使散射光频率发生变化，从而反应微生物的生长和代谢的情况，并通过控制电脑记录下来。软件系统对拉曼光谱信号的分析能够确定微生物自身特征的拉曼光谱信号和营养成分特征的拉曼光谱信号，所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，当强度变化率小于10％，给出报阳结果；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，当强度变化率小于10％给出报阳结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种血液培养报阳检测装置检测血液中微生物的方法，包括以下步骤：
1)收集血液置于血培养瓶(1)中培养；所述血培养瓶的材质为能透过可见光的材质；
2)利用激光拉曼光谱检测系统检测血培养瓶中的拉曼光谱信号变化；所述激光拉曼光谱检测系统包括激光拉曼光谱仪(2)、控制电脑(3)和安装于控制电脑(3)上的软件系统(4)；所述激光拉曼光谱仪与控制电脑通过连接线连接；
所述激光拉曼光谱仪(2)的探头与血培养瓶(1)的瓶身相对；所述激光拉曼光谱仪(2)的探头发出的激光束聚焦在血培养瓶(1)的中央；
所述血培养瓶中的拉曼光谱信号由微生物自身特征的拉曼光谱信号和液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号组成；所述微生物自身特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而增强，至强度变化率小于5～30％趋于平稳；所述液体培养基中营养成分特征的拉曼光谱信号随微生物的生长而减弱，至强度变化率小于5～30％趋于平稳；
3)当拉曼光谱信号强度变化率趋于平稳时给出报阳结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中血培养瓶的材质玻璃或塑料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述血培养瓶为密封血培养瓶；所述密封血培养瓶内装有培养液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述培养液包括液体培养基和吸附抗生素的树脂。
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