CN112858398B - 电子微生物生长传感器检测配套装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子微生物生长传感器检测配套装置，属于分析测试仪器领域，所述装置包括检测插座和检测管，所述检测插座包括上盖板、导向孔柱、底板、固定板、2个电刷和电刷固定装置，上盖板设有检测管插入口，导向孔柱垂直于底板，与盖板的检测管插入口同轴，导向孔柱是用来保证插入的专用检测管垂直于检测池上盖板与底板，使电刷与石墨环带接触，固定板垂直于上盖板和底板；检测管外表面印刷有两条石墨环带，当检测管插入导向孔柱的孔内后，电刷凸出部分正好紧密接触石墨环带。所述装置使微生物生长传感器系统能够准确、高重复性测定微生物生长动力学过程。

Description

电子微生物生长传感器检测配套装置
技术领域
本发明属于分析测试仪器领域，具体地涉及一种电子微生物生长传感器检测配套装置——检测插座及专用检测管。
背景技术
对于生长动力学研究、分型、临床检验、生物基因工程、食品卫生检测等诸多科研、生产、管理与生活活动来讲，微生物生长曲线的自动化、准确测定都具有重要意义。基于电容耦合非接触电导在线监测原理的电子微生物生长传感器兼有电化学和光学原理仪器的优点，使得高效率、低成本、精确分析复杂样品中微生物的生长动力学过程成为可能。该传感器的核心功能模块之一是检测池，检测池内的主要功能单元是检测通道，目前国际上尚未有实用性好的检测通道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电子微生物生长传感器检测配套装置，所述装置为电子微生物生长传感器的检测通道，包括检测插座和专用检测管，该装置能配合电子微生物生长传感器主机进行微生物生长动力学过程的测定。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种电子微生物生长传感器检测配套装置，所述装置包括检测插座和检测管，所述检测插座包括上盖板、导向孔柱、底板、固定板、2个电刷和电刷固定装置，上盖板设有检测管插入口，导向孔柱垂直于底板，与盖板的检测管插入口同轴，导向孔柱是用来保证插入的专用检测管垂直于检测池上盖板与底板，使电刷与石墨环带接触；
固定板垂直于上盖板和底板；
电刷通过电刷固定装置固定在固定板上，电刷固定装置包括固定环、弹簧和电刷本体；电刷本体由凸出和嵌入体组成，嵌入体被包裹在固定环内，凸出露出固定环外，固定环垂直固定在固定板上；嵌入体中间设有1凹槽，弹簧一端连接在凹槽底部的嵌入体上，另一端连接到固定板上；电刷有2个，分别为第一电刷和第二电刷，第一电刷连接高频交流激励信号线路，第二电刷连接直流输出信号线路。固定板设有一开口，电导线通过开口连接到电刷的嵌入体上；
所述的检测管正好通过上盖板的插入口垂直插入导向孔柱的孔内，检测管的外表面印刷有两条石墨环带。
进一步，所述检测管外径为5.0±0.01mm；长度为20-26cm，材料为玻璃。
进一步，所述检测管外表面两条石墨环带的厚度均为100±20nm；石墨环带的宽度均为30mm，石墨环带的位置设置在电刷凸出相对应的位置。当检测管插入导向孔柱的孔内后，电刷凸出正好紧密接触石墨环带。
进一步，所述电刷为软质碳刷。
进一步，导向孔柱内径5.1±0.05mm、外径10mm、高度20mm，垂直固定在检测池底板上。
进一步，电刷固定装置和导向孔柱的材质皆为电绝缘性环氧树脂。
本发明的工作原理为：本装置构成检测池的工作通道功能单元，装入检测池内。检测管上两条石墨环带分别与固定在检测池内的第一电刷和第二电刷接触，第一电刷连接高频交流激励信号线路，第二电刷连接直流输出信号线路，形成电容耦合非接触电导检测通路，如图1所示。与电子微生物生长传感器连接后，当检测管内装有待监测微生物培养液时，由公式(1)和公式(2)可知，微生物生长过程形成的溶液电导率变化将通过接收电极上得到的电流变化△i示出。
Figure BDA0002899960700000031
当Cw1＝Cw2＝C时，
Figure BDA0002899960700000032
式(1)和式(2)中，Up-p为加于激励电极上的激发电压，ZC为电极与管内溶液之间的复合阻抗，f为激发频率，R为两电极间溶液电阻，i为流过输出电极的电流，A为检测管孔径截面积，l为两电极之间的距离，ΛM为溶液电导(M为溶液的浓度，Λ为溶液的摩尔电导率)。
由于石墨环带与检测管无缝接触，不存在空气层，而且两条石墨带的材质、厚度、宽度、几何形状完全相同，本装置能够确保Cw1＝Cw2，从而使电子微生物生长传感器对溶液的电导率变化具有良好的线性响应特征。
附图说明
图1电子微生物生长传感器检测插座与专用检测管示意图；
图2碳刷和其在检测池中的固定示意图:A、电刷俯视图，B、电刷侧视图，C、电刷在检测池中固定板上固定时的剖面图；
图3为专用检测管的侧视图；
图4电子微生物生长传感器检测插座及专用检测管工作示意图：A专用检测管工作时与电刷的位置关系，B、检测工作时等效电路；
图5检测插座及专用检测管与电子微生物生长传感器配套测定梯度接种量大肠杆菌所得生长动力学曲线。
1、上盖板；2、检测管；3、第一电刷；4、第二电刷；5、固定板；6、导向孔柱；7、检测池底板，8、石墨环带，9、凸出，10、嵌入体，11、凹槽，12、固定环，13、弹簧，14、电导线，15、被检测溶液，16、高频交流激励信号线路，17、直流输出信号线路，18、玻璃检测管管壁。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明装置及使用方法作进一步的解释。但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。
实施例1
一种电子微生物生长传感器检测配套装置，如图1所示，所述装置包括检测插座及检测管2，所述检测插座包括上盖板1、导向孔柱6、底板7、固定板5、电刷3、电刷4以及电刷固定装置。上盖板设有检测管插入口，导向孔柱垂直于底板，与上盖板的检测管插入口同轴，导向孔柱是用来保证插入的专用检测管垂直于检测插座的上盖板与底板；固定板垂直于上盖板和底板。
如图2所示，电刷(上海摩根碳制品有限公司产品)通过电刷固定装置固定在固定板上，电刷固定装置包括固定环12、弹簧13和电刷本体；电刷本体由凸出9和嵌入体10组成，嵌入体被包裹在固定环12内，凸出9露出固定环12外，凸出体为半径2mm的半球型，嵌入体为直径30mm、高10mm的圆柱型，在嵌入体与凸出相对的另一侧设有一挖空的圆柱型凹槽，凹槽的直径为6mm，深8mm；固定环垂直固定在固定板上；弹簧外径为5mm，一端连接在凹槽底部的嵌入体上，另一端连接到固定板上，固定板设有一开口，电导线14通过开口连接到嵌入体上；2个电刷分别为第一电刷3和第二电刷4，第一电刷与高频交流激励信号线路16连接，第二电刷与直流输出信号线路17连接。所有固定环的材质为电绝缘性环氧树脂，固定方法为粘合。
所述的检测管正好通过上盖板的插入口垂直插入导向孔柱内，检测管的外表面印刷有两条石墨环带8。印刷有两条石墨环带的玻璃检测管为青岛锐研实验仪器有限公司制备，相关参数为：外径5.0±0.01mm、长度20cm、两条石墨环带(图3)的厚度100±20nm，宽度30mm，其第一电刷3和第二电刷4的材质、厚度、宽度、几何形状完全相同，两条石墨环带的间距为28mm，第二石墨环带的下沿距离检测管底的距离为25mm。如图4所示，由于石墨环带8与玻璃检测管管壁18无缝接触，不存在空气层，而且两条石墨带的材质、厚度、宽度、几何形状完全相同，本装置能够确保Cw1＝Cw2，从而使电子微生物生长传感器对被检测溶液电导率的变化具有良好的线性响应特征，从而准确反应被检测溶液15中微生物生长的动力学过程。
应用于测定静态恒温液体示例：
将8个检测插座平行、竖直固定在检测池中，连接8通道电子微生物生长传感器主机(中国水产科学研究院黄海水产研究所产品，型号为EBM-8A)，分别采用0.01mol/L氯化钾溶液和LB液体培养基(青岛海博生物科技有限公司产品，另加质量比0.5％的氯化钠)表征本系统在室温下的检测性能，被检测液体体积为1.8mL/管，测定结果分别列在表1中。由表1数据可知，无论是对低电导率溶液(μS/cm数量级)还是高电导率溶液(mS/cm数量级)，采用本发明测定静态恒温液体具有良好的重复性(标准偏差S分别为0.001和0.740)。
表1检测插座及专用检测管与电子微生物生长传感器配套测定静态恒温液体的读数(25℃)
Figure BDA0002899960700000051
Figure BDA0002899960700000061
应用于测定微生物生长动力学过程示例：
实验试剂与材料：专用玻璃检测管为青岛锐研实验仪器有限公司产品(参数同上所述)；大肠杆菌(ATCC25922)标准菌株购自北京北纳创联生物技术研究院；LB液体培养基为青岛海博生物科技有限公司产品，另加质量比0.5％的氯化钠；透气隔菌膜为常州创承科技有限公司产品。氯化钠等其他化学试剂皆为分析纯，购自于国药集团化学试剂有限公司。接种等实验在10000级洁净无菌室内完成。
操作步骤：1)将大肠杆菌增菌液用灭菌LB液体培养基稀释至102、103、104、105、106CFU/mL共5个浓度梯度；2)取1.8mL该系列培养液分别装入5个专用检测管中，然后采用透气隔菌膜封口；3)另取1个检测管，装入1.8mL未接种的LB液体培养基，封口，作为阴性对照；4)将6个专用检测管分别插入检测池的6个插座内(检测池内温度为36℃)，连接电子微生物生长传感器主机；5)打开电子微生物生长传感器工作程序，以120s的时间间隔记录每个专用检测管中溶液的电导率变化值。
结果如图5所示。设定电导率变化值达到0.02mS/cm时为“可测定培养时间Dt”，将接种量n与Dt作图，得到回归方程为Dt(s)＝-3318.2logn+37977的一条直线，相关系数r2为0.9977。结果表明采用本发明配合电子微生物生长传感器主机可以自动记录细菌的生长动力学过程，进而测定细菌的初始接种量。

Claims (2)

1.一种电子微生物生长传感器检测配套装置，其特征在于所述装置包括检测插座和检测管，所述检测插座包括上盖板、导向孔柱、底板、固定板、2个电刷和电刷固定装置，上盖板设有检测管插入口，导向孔柱垂直于底板，与盖板的检测管插入口同轴，导向孔柱是用来保证插入的专用检测管垂直于检测池上盖板与底板，使电刷与石墨环带接触；
固定板垂直于上盖板和底板；
电刷通过电刷固定装置固定在固定板上，电刷固定装置包括固定环、弹簧和电刷本体；电刷本体由凸出和嵌入体组成，嵌入体被包裹在固定环内，凸出露出固定环外，固定环垂直固定在固定板上，凸出为半径2 mm的半球型，嵌入体为直径30 mm、高10mm的圆柱型；嵌入体中间设有1凹槽，凹槽的直径为6 mm，深8 mm，弹簧一端连接在凹槽底部的嵌入体上，另一端连接到固定板上；电刷有2个，分别为第一电刷和第二电刷，第一电刷连接高频交流激励信号线路，第二电刷连接直流输出信号线路；固定板设有一开口，电导线通过开口连接到电刷的嵌入体上；
所述的检测管正好通过上盖板的插入口垂直插入导向孔柱的孔内，检测管的外表面印刷有两条石墨环带；
所述检测管外径为5.0±0.01 mm；长度为20-26 cm，材料为玻璃；
所述检测管外表面两条石墨环带的厚度均为100±20 nm；石墨环带的宽度均为30 mm，石墨环带的位置设置在电刷凸出相对应的位置；当检测管插入导向孔柱的孔内后，电刷凸出正好紧密接触石墨环带；
所述电刷为软质碳刷；电刷固定装置和导向孔柱的材质皆为电绝缘性环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种电子微生物生长传感器检测配套装置，其特征在于导向孔柱内径5.1±0.05 mm、外径10 mm、高度20 mm，垂直固定在检测池底板上。
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