CN112831400B

CN112831400B - 一种固体表面微生物采样方法

Info

Publication number: CN112831400B
Application number: CN202011466933.1A
Authority: CN
Inventors: 杜美红; 刘清珺; 张裕祥
Original assignee: BEIJING CENTER FOR PHYSICAL AND CHEMICAL ANALYSIS
Current assignee: BEIJING CENTER FOR PHYSICAL AND CHEMICAL ANALYSIS
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: CN112831400A

Abstract

本发明提供一种固体表面微生物采样方法，能够实现自动采样，采样效率高；且能够保证在采样区域内各点采样效率一致，不漏采。采样时首先将充分浸润生理盐水的采样刷固定在采样头上，采样头具备自动行走功能或自动回转功能；根据采样目的确定采样头的运动方式以及行走速率，如当用于大面积快速采样时，采样头的行走速率较快；当用于精准采样时，采样头的行走速率较慢；当用于实施应急大范围筛查采样时，采样具备自动回转功能采样头；将采样头放置到所选取的采样区域处后控制采样头在采样区域内运动，使采样刷在固体样品表面往复刷过或在采样区域表面做圆周运动进行采样。

Description

一种固体表面微生物采样方法

技术领域

发明涉及一种采样方法，具体涉及一种固体表面微生物采样方法，属于微生物检测采样技术。

背景技术

常规固体表面微生物采样一般采用表面涂抹方法。国家标准《GB4789.17-2003》、《GB/T18204.4-2013》中规定固体表面微生物采样方法，针对固体表面进行无菌操作，使用灭菌干燥棉拭子，在固体表面适当部位或一定区域来回均匀涂抹进行样本采集，再用灭菌剪刀剪下棉拭子头部至缓冲液中进行震荡洗脱，震荡洗脱液即采集到的固体表面微生物样本。

然而，针对固体表面微生物致病菌或病毒的检测，尤其对大量海鲜类食品或大宗类食品，该涂抹方法存在着以下弊端：

1.该涂抹方法仅针对固体表面局部采样，其样本采集量非常有限；同时，该方法采用的采样规格板仅能针对固体表面平整的样品采样，对固体表面坑洼、不平整的样品具有局限性；当固体表面病菌或病毒污染水平低的情况下，不能进行样品的有效采集，势必造成检测结果的不准确；

2.对于固体表面污染有致病菌或病毒的样品，采样人员通过该涂抹方法近距离的与固体表面接触，势必造成采样人员感染致病菌或病毒的风险；

3.针对大型固体物体，采样面积会相应增加，采样环节费时费力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种固体表面微生物采样方法，能够实现自动采样，采样效率高；且能够保证在采样区域内各点采样效率一致，不漏采。

所述的固体表面微生物采样方法，采样步骤如下：

(1)将浸润生理盐水的采样刷固定在采样头上，然后把采样头放置到采样区域处；所述采样头为具备自动行走功能的采样头或具备自动回转功能的采样头；

(2)所述采样头在采样区域内以恒定速率自动做往复直线运动，使所述采样刷在固体样品表面往复刷过，对固体表面微生物进行采样；

或所述采样头在采样区域内以恒定角速度自动转动，使所述采样刷在采样区域表面做圆周运动进行微生物的采样；

通过调整做往复直线运动的所述采样头的速率，实现大面积快速采样或精准采样：

采样前，根据采样目的确定所述采样头的运动方式以及行走速率：

当用于大面积快速采样时，采用具备自动行走功能的采样头，且采样头的行走速率大于设定值；

当用于精准采样时，采用具备自动行走功能的采样头，且采样头的行走速率小于设定值；

采用具备自动行走功能的采样头时，采样头的行程以及工作时行走的宽度形成有效的采样面积；

当用于实施应急大范围筛查采样，采用具备自动回转功能的采样头；具备自动回转功能的采样头沿周向设置多个采样刷，此时采样刷的旋转包络面积和采样头的行程形成的区域就是有效采样面积。

作为本发明的一种优选方式：每个采样区域采样结束后，将所述采样刷从所述采样头上取下，投入盛有灭菌生理盐水的容器中。

作为本发明的一种优选方式：所述采样头通过可伸缩操作杆与操作手柄相连，在采样前，通过调节所述可伸缩操作杆的长度调节采样人员与样品之间的距离，实现远距离采样。

作为本发明的一种优选方式：每次采样结束，取下所述采样刷后对所述采样头进行消毒处理。

有益效果：

(1)该采样方法为自动采样方法，大面积采样、精准采样时能够以恒定速率采样，保证在采样区域内各点采样效率一致，不漏采。

(2)根据大面积采样、精准采样和应急采样的要求直接调节采样速率即可。

(3)采样头通过可伸缩操作杆与操作手柄相连，在采样前，通过调节所述可伸缩操作杆的长度调节采样人员与样品之间的距离，以实现远距离采样，保护采样人员的安全。

附图说明

图1为本发明的采样方法所采用的微生物采样器的总体结构示意图；

图2为实施例1中采样头的结构示意图；

图3为实施例1中采样头工作方向视图；

图4为实施例1中采样头工作方向仰视图；

图5为实施例1中采样头工作示意图；

图6为实施例2中旋转式微生物采样头结构示意图；

图7为实施例2中旋转式微生物采样头采样刷布局图；

图8为实施例2中旋转式微生物采样头驱动部件剖视图；

图9为实施例2中旋转式微生物采样头工作方向视图。

图10为实施例3中采样刷结构示意图；

图11为实施例3中采样刷局部剖视图；

图12为实施例3中采样刷局部剖视放大图。

其中：100-采样头、101-采样头罩、200-操作杆、300-运行控制器、301-显示屏、302-模式设置按钮、303-操作按钮、400-操作手柄；

1-轴承A、2-连接轴A、3-支架A、4-行程限位传感器A、5-电机输出轴、6-轴承B、7-齿轮A、8-驱动电机A、9-固定连接杆件A、10-支撑连接件A、11-导轨B、12-支架B、13-齿轮B、14-连接轴B、15-齿条B、16-导轨A、17-行走轮B、18-采样刷固定架、19-采样刷、20-支撑连接件B、21-齿条A、22-行程限位传感器B、23-行走轮A；

191-刷毛、192-刷毛托架、193-快速接口、194-储液材料、195-刷毛外皮、196-刷毛纤维束、197-通气孔、198-进液口。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种固体表面微生物采样方法，能够实现自动采样，采样效率高；且能够保证在采样区域内各点采样效率一致，不漏采。

该采样方法为自动采样，具体采样步骤为：

(1)将充分浸润生理盐水的采样刷固定在采样头上，所述采样头具备自动行走功能或具备自动回转功能；

(2)根据采样目的确定采样头的运动方式以及行走速率：

当用于大面积快速采样时，采用具备自动行走功能的采样头，且采样头的行走速率较快；

当用于精准采样时，采用具备自动行走功能的采样头，且采样头的行走速率较慢；

当用于实施应急大范围筛查采样，采用具备自动回转功能的采样头；

(3)采样头通过可伸缩操作杆与操作手柄相连，调节可伸缩操作杆至方便采样的长度，实现采样人员的远距离操作，保护采样人员的安全。然后将采样头放置到所选取的采样区域处；

(4)当采用具备自动行走功能的采样头时，控制采样头在采样区域内以恒定速率做往复直线运动；运动过程中，采样刷在固体样品表面往复刷过，实现对固体表面微生物的采集；

当采用具备自动回转功能的采样头时，控制采样头以恒定的角速度转动，采样头上的采样刷在采样区域表面做圆周运动进行采样。

这种采样方法能够以恒定速率采样，在采样区域内各点采样效率一致，避免了采样人员实施手工采样时难以保证各点采样效率不能始终一致的问题，不漏采。

(5)检样处理：每个采样区域采样结束后，把采样刷取下投入盛有50mL灭菌生理盐水的三角瓶或大试管中，立即送检。

每次采样后对采样头进行消毒处理，防止二次污染。

基于该采样方法，本实施例提供如图1所示的采样器，该采样器包括：采样头100和运行控制器300，采样头100和运行控制器300之间通过操作杆200连接；操作杆200为可伸缩操作杆，通过调节操作杆200的长度能够使采样人员实现远距离操作，保护采样人员的安全。运行控制器300固接在操作手柄400上，采样人员手持操作手柄400进行采样。

操作杆200为管状结构，内部敷设控制与信号传输线路，用于实现运行控制器300对采样头100采样工作的运行控制。

运行控制器300上设置有显示屏301、模式设置按钮302和操作按钮303；其中显示屏301用于显示采样器的运行模式和运行参数(如采样头100的行走速率)；模式设置按钮302用于调节采样头100的运行模式；操作按钮303用于控制整个采样器的启动和停止；运行控制器300可以由电池供电或者外接民用市电。

采样头100是采样器的核心工作部件，是一种自动化采样机构，能够以恒定速率采样。

如图2-图5所示，具备自动行走功能的采样头100包括：驱动机构A、行走机构、行程限位组件和采样组件A；其中驱动机构A用于为行走机构提供动力；行走机构用于带动采样组件在采样区域内移动；行程限位组件用于限制行走机构的行程；采样组件A用于实现采样。

驱动机构A包括：驱动电机A8、固定连接杆件A9以及电机控制信号传输线路；

行走机构包括：齿轮A7、齿条A21、齿轮B13、齿条B15、行走轮A 23、导轨A16、行走轮B17、导轨B16、支架A3以及支架B12；

行程限位组件包括：行程限位传感器A4、行程限位传感器B22及其控制与信号传输线路；

采样组件A包括：采样刷固定架18和采样刷19。

采样头100的整体连接关系为：驱动电机A8支撑在固定连接杆件A9上，固定连接杆件A9固定在采样刷固定架18上；采样刷固定架18固定在连接轴A2上，由此驱动电机壳体、固定连接杆件9、采样刷固定架18以及连接轴A2形成刚体结构。齿轮A7同轴固接在驱动电机A8的电机输出轴5上，当驱动电机A8启动后，电机输出轴5带动齿轮A7一起转动；齿条A21与齿轮A7相啮合形成齿轮齿条传动，由于齿轮齿条传动有固定的传动比，因此齿轮A7能够带动行走机构沿齿条A21长度方向做匀速直线运动。电机控制信号传输线路穿过操作杆200与运行控制器300相连，通过运行控制器300能够控制驱动电机A8的转速，从而控制行走机构的行走速度。具体的，在运行控制器300上设置有模式设置按钮302，用于选择采样器的运行模式，采样器的运行模式包括：大面积快速采样模式和精准采样模式，其中运行大面积快速采样模式时行走机构的运行速度比精准采样模式时的运行速度快。

行走机构具有两套运动机构，在空间上左右对称、平行；其中一套运动机构为主动运动机构，另一套为被动运行机构；主动运动机构直接与电机输出轴5相连，其装配关系是：导轨A23通过连接紧固件固定在齿条A21的下端面；支架A3通过装配在电机输出轴5上的轴承B6和装配在连接轴A2上的轴承A1将齿轮A7和行走轮A23分别装配并定位在齿条A21和导轨A16上，即电机输出轴5通过轴承B6支撑在支架A3上，以保证齿轮A7与齿条A21可靠啮合，行走轮A23与导轨A16的下表面滚动配合，且在导轨A16的下表面设置有条形槽，行走轮A23与导轨A16上的条形槽紧密配合形成槽-轮高副联接结构；行走轮A23通过轴承支撑在连接轴A2的一端(保证行走轮A23滚动时连接轴A2不转动)，连接轴A2在该端通过轴承A1支撑在支架A3上。

连接轴A2的另一端设置被动行走机构，具体为：齿条B15和导轨B11通过连接紧固件固定在一起，齿轮B13装配在连接轴B14上，齿轮B13和齿条B15相啮合；支架B12通过装配在连接轴B14上的轴承和装配在连接轴2上的轴承将齿轮B13和行走轮B17分别装配并定位在齿条B15和导轨B11上，即连接轴B14作为齿轮B13的齿轮轴通过轴承支撑在支架B12上，以保证齿轮B13与齿条B15可靠啮合；行走轮B17通过轴承支撑在连接轴A2的另一端，连接轴A2在该端通过轴承支撑在支架B12上。行走轮B17与导轨B11的下表面滚动配合，且在导轨B11的下表面设置有条形槽，行走轮B17与导轨B11上的条形槽紧密配合形成槽-轮高副联接结构。

两套运动机构行走方向的两端分别通过联接紧固件与支撑连接件A10和支撑连接件B20固定由此形成行走结构。

在导轨A16或导轨B11的两端(行走结构行走方向的两端)分别设置有行程限位传感器，两个行程限位传感器的信号传输线路穿过操作杆200与运行控制器300相连，用于将触发信号传输到运动控制器300；运动控制器300依据两个行程限位传感器的触发信号控制驱动电机A8正转或反转。令位于支撑连接件A10所在侧的行程限位传感器为行程限位传感器A4，位于支撑连接件B20所在侧的行程限位传感器为行程限位传感器B22，以行程限位传感器设置在导轨A16上为例：当行走机构运动到支撑连接件A10所在端，支架A3接触并且触发行程限位传感器A4时，行程限位传感器A4通过信号传输线路将触发信号传输到运动控制器300中，运动控制器300控制驱动电机A8反转，使行走机构反向做匀速直线运动，直到行走机构运动到支撑连接件B2所在端，支架A3接触并且触发行程限位传感器B22时，行程限位传感器B22通过信号传输线路将触发信号传输到运动控制器300中，运动控制器300控制驱动电机A8正转；由此循环往复实现行走机构的往复直线运动。

采样刷19可拆卸的连接在采样刷固定架18上(如通过快速接口与采样刷固定架18连接)，采样刷19下端伸出采样头罩102设定长度；采样器工作时，采样刷19与行走机构一起做往复直线运动，在固体样品表面往复刷过，实现对固体表面微生物的采集。采用该采样器进行采样前，需要将采样刷19浸泡在装有无菌生理盐水的容器内进行充分浸润。采样刷19与采样刷固定架18可拆卸的连接，以方便进行采样刷19的更换。

采样头100外部罩装有采样头罩101，采样头罩101底部开口，从采样头100的顶部罩装在采样头100外部；采样头罩101在采样过程中起到支撑采样头100的作用，采样头罩101上起支撑作用的边缘(即采样头罩101下端左右两相对边)优选光滑的圆弧状结构，方便采样头100在采样区域内移动。操作杆200铰接于采样头100的端面上，使操作杆200与采样头100之间能够实现一定角度的转动，方便采样操作。

该采样器的采样原理为：

采用该采样器在代表性样品区域，通过控制头部润湿的采样刷19反复运行，使固体表面尤其是复杂固体表面存在的目标微生物有效粘附于采样刷19的刷毛表面；通过采样刷19的行程以及工作时行走的宽度(即采样刷19的宽度)，最终形成有效的采样面积；采样刷19的行程S1和有效工作宽度S2(如图4所示)形成的采样面积符合国家标准《GB4789.17-2003》和《GB/T18204.4-2013》中有关固体表面微生物采样方法中采样面积的规定。通过操作杆200的自由伸缩，实现采样人员与样品间距离的适时调节。

采用该采样器在固体表面进行微生物采样的过程为：

(1)选择采样模式：根据样本情况及采样目的，通过运行控制器300上的模式设置按钮302选择运行模式，运行模式包括：大面积快速采样模式和精准采样模式。

(2)调节采样距离：通过对操作杆200进行伸缩调节采样人员与样品至合适距离，实现采样人员的远距离操作。

(3)选取采样面积：

a.针对鲜(冻)肉、熟肉制品及熟肉干制品：根据肉与肉制品检验的国家食品卫生微生物学检验标准《GB4789.17-2003》，在样品表面选择10个采样点，每个采样点面积为5cm²，每个采样点采样一个采样刷19，共需10支采样刷19；采样刷19分别在样品表面的每个采样点往复刷过，总面积共50cm²。

b.针对冷链食品外包装：参照肉与肉制品检验的国家食品卫生微生物学检验标准《GB4789.17-2003》，选择10个采样点，每个采样点面积为5cm²，每个采样点采样一个采样刷19，共需10支采样刷19；采样刷19分别在样品表面的每个采样点往复刷过，总面积共50cm²。

c.针对公共场所公共用品：根据公共场所卫生检验方法国家标准《GB/T18204.4-2013》第4部分(公共用品用具微生物的检验方法)，选择合适采样位点，采样面积为25cm²～50cm²。

采用具备自动行走功能的采样头的采样器进行固体表面微生物采样的步骤为：

(1)如图3和图4所示，通过快速接口Ⅰ和快速接口Ⅱ将充分浸润生理盐水的采样刷19固定在采样刷固定架18上；

(2)根据采样目的，通过运行控制器300的模式设置按钮302选择运行模式，运行大面积快速采样模式或精准采样模式；

(3)调节可伸缩操作杆200至方便采样的长度，实现采样人员的远距离操作，保护采样人员的安全。将采样头100放置到所选取的采样区域处，如图5所示，采样头罩101支撑在固体样品表面。

(4)通过运行控制器300的操作按钮303启动采样器，驱动机构A开始运行；通过运动控制器300控制驱动电机A8正/反转，使驱动机构A带动采样刷19与行走机构一起做往复直线运动；运动过程中，采样刷19在固体样品表面往复刷过，实现对固体表面微生物的采集。

(5)检样处理：每支采样刷19在揩刷完毕后立即取下投入盛有50mL灭菌生理盐水的三角瓶或大试管中，立即送检。

每次实施大面积采样或精准采样后对采样头100进行消毒处理，防止二次污染。

实施例2：

本实施例提供一种具备自动回转功能的采样头的结构形式。

如图6-图9所示，该采样头为旋转式结构，这种形式采样头能够以恒定的角速度回转，由于具有多个采样刷19，采样面积是实施例1中具备自动行走功能的采样头的数倍，能够满足大范围快速采样筛查的目的。

该采样头包括：驱动机构和采样组件；为与实施例1区分，令本实施例中的驱动机构为驱动机构B；采样组件为采样组件B；

其中采样组件B包括：采样刷托架121和多个采样刷19；采样刷托架121为圆盘结构，多个采样刷19在采样刷托架121的下端面以采样刷托架121的轴线为中心沿周向均匀间隔分布；其中采样刷19的结构与上述实施例2中采样刷的结构相同，采样刷19通过快速接口与采样刷托架121连接(即与实施例1中采样刷19与采样刷固定架18的连接方式相同)。

驱动机构B用于带动采样组件转动，驱动机构B包括：驱动电机B122、电机罩125和电机座124；驱动电机B122固定在固定连接杆件B123上，固定连接杆件B123固定在电机座124上；驱动电机B122的输出轴通过固定在电机座124上的轴承后伸出(即驱动电机B122的输出轴通过轴承支撑在电机座124上)，与采样刷托架121连接在一起。当驱动电机B122启动后，电机输出轴转动驱动采样刷托架121绕如图6所示的轴AB(即采样刷托架121的中心轴)以恒定的角速度转动，由此使采样刷托架121上的采样刷19在采样区域表面做圆周运动进行采样。采样刷19的旋转包络面积和采样头的行程(这里采样头的行程指采样人员操作采样头移动的距离)形成的区域就是有效采样面积。

驱动电机B122外部罩装有电机罩125，电机罩125上设置有操作杆连接构件126；采样头与可伸缩操作杆200通过操作杆连接构件126连接。

在应对突发生物安全事件，需要实施应急大范围筛查采样时，将采样器的采样头更换为如图6所示的旋转式微生物采样头，这种形式的采样头的采样部件能够以恒定的角速度回转，采样面积是图1所示采样头的数倍，满足大范围快速采样的目的。

采样本实施例中采样头的采样器的采样原理为：

在代表性样品区域，通过运行控制器300控制头部润湿的采样刷19旋转运行，配合采样头在采样区域内的移动，固体表面尤其是复杂固体表面存在的目标微生物有效粘附于刷毛表面；通过采样刷19的旋转以及工作时移动的宽度，最终形成有效的采样面积；通过采样器操作杆自由伸缩，采样人员与样品间距离实现适时调节。

采用该采样器在固体表面进行微生物采样的过程为：

(1)采样模式选择：根据样本情况及采样目的，通过运行控制器300上的模式设置按钮302选择运行模式，运行应急筛查采样模式。

(3)采样面积选取：根据突发生物安全事件的采样需求决定采样点和采样面积。

采用具备自动回转功能的采样头的具体采样步骤为：

(1)通过快速接口将多个充分浸润生理盐水的采样刷19固定在采样刷托架上；

(2)根据采样目的，通过运行控制器300的模式设置按钮选302择运行模式，运行应急筛查采样模式。

(3)调节可伸缩操作杆200至方便采样的长度，实现采样人员的远距离操作，保护采样人员的安全。将采样头放置到采样区域处，采样刷支撑采样头并且放置在固体样品表面上。

(4)通过运行控制器300的操作按钮303启动采样器。驱动机构B开始运行，电机输出轴转动驱动采样刷托架121以恒定的角速度转动，采样刷托架121上的采样刷19一同在采样区域表面做圆周运动进行采样。采样刷19的旋转包络面积和采样头的行程形成的区域就是有效采样面积。

(5)检样处理：采样刷19在揩刷完毕后立即取下投入盛有50mL灭菌生理盐水的三角瓶或大试管中，立即送检。每次实施应急筛查采样后对采样头进行消毒处理，防止二次污染。

实施例3：

在上述实施例1和实施例2的基础上，本实施例对采样刷19的结构进行进一步的限定。

采样刷19的结构如图10-图12所示，采样刷19包括：刷毛191、刷毛托架192和快速接口193；其中刷毛托架192为中空结构，其空腔内装有储液材料194，如海绵材料；在刷毛托架191的下端面均匀排列刷毛191，刷毛191由刷毛外皮195包裹刷毛纤维束196构成(刷毛纤维束196伸出刷毛外皮195，且保证刷毛纤维束196伸出采样头罩102设定长度)，其中刷毛外皮195为具有弹性的高分子材料，刷毛纤维为具有吸水、输水功能的材料，比如棉质纤维；刷毛191一端植入到刷毛托架192空腔内与储液材料194接触。在刷毛托架192的上端面排列有通气孔197，且在上端面的两端均设置有快速接口193，快速接口193为中空结构，与刷毛托架192内腔联通，由此可将快速接口193的顶部开口作为进液口198用于向刷毛托架内腔补充生理盐水。在浸润采样刷19时，生理盐水通过快速接口193的进液口进入刷毛托架192内腔，储液材料吸液至平衡状态，与此同时，刷毛191也吸液至平衡状态。

为了使采样头在采样区域内各点采样效率一致，应尽量均匀移动采样头，不漏采。采样刷刷毛191所消耗的生理盐水可以从刷毛托架192内腔含有生理盐水的储液材料中得到持续的补充，刷毛外皮195包裹的刷毛纤维束196在微观上对水有虹吸现象，可以使刷毛纤维束196具备吸水、输水功能；刷毛托架192上的通气孔197起到平衡刷毛托架192内腔与外界大气压力的作用，消除生理盐水从刷毛托架192内腔向刷毛纤维束196输送时的阻力，保持刷毛191一直处于润湿的效果，实现微生物的有效采集。

刷毛外皮195弹性可以使采样器在固体表面起伏为Δ的复杂表面进行采样，Δ为实施例1中采样刷19伸出采样头罩101的长度或实施例2中刷毛外皮195的长度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种固体表面微生物采样方法，其特征在于：采样步骤如下：

2.如权利要求1所述的固体表面微生物采样方法，其特征在于：每个采样区域采样结束后，将所述采样刷从所述采样头上取下，投入盛有灭菌生理盐水的容器中。

3.如权利要求1所述的固体表面微生物采样方法，其特征在于：所述采样头通过可伸缩操作杆与操作手柄相连，在采样前，通过调节所述可伸缩操作杆的长度调节采样人员与样品之间的距离，实现远距离采样。

4.如权利要求2所述的固体表面微生物采样方法，其特征在于：每次采样结束，取下所述采样刷后对所述采样头进行消毒处理。