CN1918280B - 微生物划痕设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将微生物接种体划痕到固体培养基表面以获得单菌落的划痕设备。所述划痕设备包括排状彼此隔开的接触表面以接触固体培养基的表面。所述彼此隔开的接触表面由公共支撑件弹性支撑，以适应培养基的厚度变化。所述彼此隔开的接触表面由向后倾斜的塑胶条带最下方的轴向弯曲部分提供。已发现单个划痕带能分离出单菌落。本发明也提供了一种自动划痕装置。

Description

微生物划痕设备
技术领域
本发明涉及液态试样划痕器(streaker)，更具体地说，涉及一种将试样在固体培养基的表面上划痕以获得单微生物菌落的划痕刷，例如为医学诊断目的而获取的临床样本；还涉及一种使用划痕刷将液体试样划痕的方法和一种自动将试样划痕以获取单菌落的装置。
背景技术
在科学试验中，尤其是为医学诊断目的而识别微生物方面，微生物单菌落的分离是很重要的过程。单菌落的分离用于许多不同的微生物，但主要用于细菌。
单菌落的分离通常由实验室技术员手动实施。实验室技术员使用金属或塑料环在琼脂平板的第一方向内的第一划痕带上产生多个划痕，然后使用新的或刚消毒的环跨过所述第一划痕带产生有多个划痕的第二划痕带，并且通常还有第三和第四划痕带。一般，在从第一、第二、第三划痕带或其他微生物源提取接种体之前，将不能氧化的金属(铂或者镍铬铁合金)环固定在支架上，并通过本生灯的火焰加热或者电加热器加热进行消毒，然后在空气中或者在所用的琼脂平板、固体培养基的边缘将该环快速冷却。或者，技术员可以以上述的类似方式使用其他可用的环。
这种方法的一个缺点是工作相对沉闷，并经常要求使用熟练的人员来一次性执行数好几百次分离。这种方法成本高昂，并且这种方法的高度重复性会导致出错，这种错误会对诊断值产生严重的后果。
目前已经有一些关于自动划痕以分离菌落的建议。部分建议例如专利BG2025457、EP 073774、US 3962040和US 323958采用经由试管连接到容器的接头的稀释螺旋运动或振动运动，其中该容器中装有微生物的悬浮液。这些建议不适合从大量的试样中迅速分离菌落。其他的建议在技术上更先进，公开了能够将试样划痕到多种不同培养皿以进行不同测试的多试样自动化划痕系统，包括用于从划痕站中取出培养平皿和将培养平皿储存和放置在划痕站的输送机制，这些在专利US 4981802、US 4289301和US 6617146中已有例子公开。
但是，所有这些方法都没有解决产生单个隔离的微生物菌落的扩散机制的效率，所有这些方法都使用接触面积狭窄的接头，需要多个划痕动作，每个划痕动作代表每个划痕带的一条划痕。目前有一些关于将微生物划痕的更有效率的设备的建议，尤其是提供一种明显隔开的表面，这种表面能顺序地用于提供隔开的消毒部位以划出第一划痕带、第二划痕带并最后划出第三划痕带。这在专利US 4010077和US 4687746两者中均有公开，这两者均减少了在对不同划痕带划痕之间对设备消毒的要求，但仍需要重复对每个划痕带的划痕。
美国专利4102748公开了一种涂布器，该涂布器提供三个相对细长的表面以将三个划痕带涂布到固体培养基表面。但是，这种工具不能对于所有的接种体都理想。因此，在提供的是试样的液态沉淀物(depot)的情况之下，使用这种涂布器容易携带大量的接种体，与只携带很小量液态试样的环形成的多个划痕截然不同，所以，在某些情况下，专利4102748的工具不能在培养平皿的范围内提供足够的稀释以获得单菌落。
使用宽接头表面的一个问题是，固体培养基不总是很平坦，或者与培养平皿精确地齐平，因此要求自动化系统的接头的接触能适应这种变化。美国专利4102748公开的设备的其他主要缺点是该设备是为手动操作而设计的，没有如何将该设备应用到高度自动化系统的说明。
发明内容
本发明第一方面的第一种形式涉及一种用于将微生物接种体在固体培养基表面上划痕以获得单菌落的划痕器，所述划痕器具有互相隔开成排的接触表面以与固体培养基的表面相接触，并由公共支撑件弹性地支撑。
所述接触表面的一种优选形式是每个接触表面由一个单独的细长件提供。因此，多个细长件设置在所述公共支撑件上。另一种替换形式中，所述互相隔开的接触表面由设置在最下方刚性横向件上的互相隔开向下延伸的突起提供，所述最下方刚性横向件弹性地连接至所述公共支撑件。
每个细长件可以采用纤维形式，所述接触表面由纤维的自由端提供。每排纤维形成宽度大于单根纤维的刷子。纤维的自由端可形成曲面以将切入固体培养基的表面的可能性降到最低。但是，考虑到纤维的柔软性，估计纤维的圆边(rounded sides)在某种程度上最终会接触到固体培养基的表面。
一个优选形式中，每个所述细长件为一个条带，与塑胶一体成型的划痕器的其他部分形成在一起。优选地，所述条带是柔性的，但这不是必需的；所述条带可以是相对非柔性的，并与柔性铰链区分开，所述柔性铰链区由所述铰链区处横截面尺寸变小的区域提供。所述铰链区最好与所述公共支撑件相邻接。
一个优选实施例中，每根细长条带的下部设有轴向弯曲部分。这样，在使用时，所述细长条带的末端在所述弯曲部分上方弯曲，使得接触表面由所述弯曲部位提供，而所述末端始终保持不与所述培养基表面接触。这样最小化了相对细的末端插入固体培养基表面的风险。所述轴向弯曲部分的半径在1mm至5mm之间，优选2mm至4mm之间，最好是3mm。
再一个优选实施例中，每个所述细长条带的下部侧向弯曲，从而提供侧向弯曲的接触表面，尤其是与上述的轴向弯曲相结合时，形成在所有接触方向上均弯曲的接触表面，对所述培养基而言呈椭圆面。所述侧向弯曲部分的半径在0.25mm至1.0mm之间，最好是0.5mm。
所述细长条带之间相互隔开以提供缝隙，接种体液体能流过所述缝隙。可以理解的是，在所述接触表面呈椭圆面的情况下，即使所述细长条带之间没有缝隙，液体接种体也能够从条带之间流过。虽然如此，所述条带之间优选分开至少0.1mm，使得在使用时拖动涂布器时有足够的试样留下，实现更有效的菌落分离。
所述细长条带的宽度不超过3mm，优选不超过2.5mm、2mm或者1.5mm。
所述细长条带相对于预定的运行方向向后倾斜成一定倾斜角。这也最小化了所述条带划破培养基表面的风险。加上轴向的弯曲，将划破培养基表面的风险最小化，可能划痕以不够平稳的方式进行，可能所述条带或纤维因为旋转的开始不是期望的那么平滑而在某些时刻有向后运动，出现一些不连贯，这都可能划破培养基表面。相对于垂直方向的所述倾斜角大于30°，最好在30°至60°之间，优选40°至50°之间。
一种形式中，所述条带独立于临近的部件可在垂直方向和/或水平方向自由地弯曲，但是，最好通过连接件限制每个细长件下端部分的相对侧向移动。否则，存在所述细长件挤在一起的风险。限制所述细长件下端部分的相对侧向移动，增强了所述细长件的分散度。这可以通过提供一个下端侧向杆件将每个细长件连在一起来实现，禁止相邻接触表面的相对侧向移动。在采用细长条带地的划痕器中，所述下端侧向杆件可跟在每个所述细长条带的弯曲部分后整体形成，这样在使用时，所述下端侧向杆件保持在所述固体培养基表面的上方。这样，根据所述条带的厚度，所述划痕器出现一个相对刚性的下端部分，而所述划痕器的柔性由所述条带的不弯曲部分提供。
实际上，使用单划痕带的形式，就是说，只在培养基表面上拖动一次划痕器，是可以实现单菌落的分离的，这样划痕器同样仅仅需要一排互相隔开的接触表面。但是，有时候需要在相同的培养基表面形成两个或三个划痕带。这可以通过使用第一划痕器器在培养基表面上拖曳出第一划痕带，然后撤掉第一划痕器，接着使用第二划痕器拖曳出第二划痕带。或者另一可选择方案是，在同一划痕器上提供两排或三排接触表面，这样可将该划痕器简单地改变方向以连续使用两排或三排接触表面。这样的话，可简单地旋转划痕器以改变方位，从由第一排接触的第一位置改变到由第二排接触的第二位置。
所述划痕器期望是与一种能自动划痕的划痕装置一起使用，因此，所述公共支撑件上最好延伸出连接件以连接至一机器的接头。所述连接件可以是连接插孔的形式，与所述机器的接头上的插口摩擦接合。其他形式的连接例如卡口固定也有同等效果。所述插口可以是吸液管的一部分，是接头上的相同部分。因此，相同特征可用于与划痕器以及将试样传送到固体培养基表面的吸液管吸嘴的接合。期望所述划痕器用在自动划痕装置内的同时，所述划痕器的各种形式也能手动使用。因此，可通过所述连接件将手柄连接到所述划痕器上，或者替换地，已经在所述公共支撑件上安装有手柄，或手柄与所述公共支撑件一体成型。
对于自动化系统，可以提供几个划痕器，装在盒子中或附属盒中，然后，在划出新的划痕带之前，将其装到划痕装置的接头上，或由划痕装置的接收顺序地收集固定。在一种配置中，多个划痕器并排设置，并可通过脆弱的连杆联结在一起，这样，每个划痕器可与所述自动划痕装置的其他部件隔开。但是，最好将所述划痕器以不接触的堆叠方式装在盒子中。
所述划痕器可以是一次性使用的产品，在用后就丢弃；或者，制造所述划痕器的材料是适合消毒的，例如，在使用并清洗之后可进行高压或者射线消毒。
所述划痕器上的条带是有弹性可弯曲的。所述条带的柔性度最好能使接触表面垂直弯曲至少0.25cm，不会划破1％琼脂的培养基表面。这样便可以提供足够的柔性度以适应市场上的提供商供应的培养基的表面误差。但是，如果质量控制更好一些，则更小的柔性度便足够了。或者，使用的培养平皿的质量控制较差，培养平皿的表面不合格，或者提供的平皿的等级不同，这样就要求有更大的柔性度。因此，所述塑胶条带最好能够弯曲至少0.5、1或1.5cm而不会划破1％琼脂的培养基表面。
设计的彼此隔开的多排接触表面，是为了提供多个划痕，这样可形成足够宽的划痕带以实现菌落的分离，这样，在划痕上能够提供几个独立的菌落，以便将其收集用于其他用途。对于在标准的培养平皿上使用，所述多排条带每排的宽度在1.5cm到4cm之间，以提供对应宽度的划痕带。每排条带的宽度最好在2.5cm至3cm之间。
所述划痕器可以整体由塑胶制成，并可整体成型。
本发明第一方面的一种替换形式中，提供一种具有排成一排的多个彼此隔开的柔性件的划痕器，所述柔性件的自由端对齐以接触固体培养基的表面。这种设计通过拖动所述一排柔性件便可形成划痕带。
上述替换形式中的划痕器可以具有两排或多排柔性件，每排柔性件呈放射状隔开以允许使用同一刷子划出第一划痕带和第二划痕带，而不需要执行各划痕带之间的消毒步骤。所述柔性件的排数可根据所需要的划痕带的数量而变化。通常，在划痕处理时需要三个划痕带，但这也可以在2至5之间变化。或者，可在每个划痕器提供更多排柔性件，这样，单个设备可用于多个试样，每个试样放在一个单独的培养平皿上。
所述柔性件可以是纤维，例如但不限于塑胶材料。所述柔性件的自由端可以是圆形的或扁平的，最好是圆形的，这样能减少损坏固体培养基表面的风险。纤维的柔性最好是在接触培养基的表面时，会弯曲而不会损坏培养基表面。期望的是所述纤维能弯曲形成曲线，可能类似于目前使用的微生物环的形状。或者，所述柔性件可采用扁平条带的形式，从而其自由端呈弯曲边缘或扁平边缘以与培养基表面接触。在采用条带的情况下，相邻条带之间最好有缝隙，以便液体能流过这些缝隙，这样，划痕刷不会携带所有的接种体液体。
在具有两排或多排弹性件的划痕设备中，这两排或多排弹性件沿支撑件放射状地规则隔开。这样，具有两排弹性件的情况下，它们互相间呈180度；具有三排弹性件的情况下，它们互相间呈120度；具有四排弹性件的情况下，相邻的两排呈90度。这种放置是最好的，基本原则就是各排之间等间距设置以避免交叉沾染。
各排的厚度最好在一定的参数范围内。如果每个弹性件是纤维，束在一起后每排不希望太厚。每排的厚度最好不超过4mm或3mm，更优选地是小于2mm，最优是小于1.5mm。
本发明的第二方面提供一种使用划痕器在培养平皿的表面上划痕以获得微生物的单菌落的自动划痕装置，其中所述划痕器具有彼此隔开成排的接触表面以与固体培养基的表面接触，所述接触表面由公共支撑件弹性支撑，所述自动划痕装置包括以下部件：
1)接头，其包括：
用于接合与弹出一次性接种设备的接种工具；和
用于与划痕器接合以及弹出划痕器的划痕器附着工具；
2)用于将接头定位在期望位置的接头驱动工具；
3)在使用划痕器划痕液体时支撑培养平皿的培养平台；
4)一次性接种设备站，用于支撑一个或多个准备与接种工具接合的一次性接种设备；
5)试样容器站，用于支撑一个或多个准备插入一次性接种设备并提取一些试样的试样容器；
6)划痕器储存站，用于支撑一个或多个划痕器以接合划痕器附着工具；
7)处置站，包括具有开口以接收使用过后的一次性接种设备以及从接头上弹出的划痕器的处置容器；
8)控制工具，用于控制所述自动划痕装置的上述部件，且所述控制工具实现：
将所述接头定位在一次性接种设备站内的一次性接种设备的上方，通过接种工具接合一次性接种设备；将所述接头定位在试样容器站内的试样容器的上方，从试样容器中提取试样到一次性接种设备上；将所述接头定位在培养平台所支撑的培养平皿的上方，将储存区(depot)中的试样接种到培养平皿上；将所述接头定位在处置容器的开口的上方，将一次性接种设备弹出到处置容器中；将所述接头定位在划痕器储存站上方，将划痕器与划痕器附着工具接合；将所述接头定位在培养平台的上方，使培养平皿以及试样储存区的表面与划痕器相接触；将划痕器与培养平皿相对旋转，同时划痕器与培养基的表面相接触以在其上对试样划痕；撤回划痕器，将所述接头定位在处置容器的开口的上方，将划痕器弹出到处置容器中。
优选地，所述一次性接种设备是吸液管，所述接种工具是用于与吸液管吸嘴接合、将液体试样吸取到吸液管吸嘴中、将液体试样从吸液管吸嘴中排除、弹出吸液管吸嘴的吸液工具。所述试样储存区由培养平皿表面上适合的液体试样沉积区形成。
方便起见，所述接头驱动工具和接头定位在培养平台、吸液站、试样容器站、划痕器储存站、处置站的上方，所述接头驱动工具包括滑动托台，两边由对应的导轨支撑以移动，所述托台由电机沿导轨驱动以使所述接头在第一方向内运动，所述接头由第二电机沿所述托台驱动以使接口在与所述第一方向水平相交的第二方向内运动。方便起见，这可通过所述装置的矩形布局来提供。但是，可选地，该布局可以是圆形或者半圆形的，这种情况下托台可以绕垂直中心轴旋转，培养平台、吸液站、试样容器站、划痕器储存站和处置站都沿所述垂直中心轴径向分隔。
所述接头优选由支架支撑在所述托台上，并可相对支架上升和下降。
所述吸液工具包括可逆泵，该可逆泵与面向下的吸液管吸嘴接合管传输液体。所述吸液管接合管的尺寸满足与吸液管吸嘴构成磨擦接合。所述吸液工具还额外地包括吸液管吸嘴弹出工具以将吸液管吸嘴从所述接合管分离。
优选地，所述划痕器的连接器包括连接插孔，该连接插孔内径尺寸与吸液管吸嘴相同，这样吸液管吸嘴接合管也能与划痕器的连接器的连接插孔摩擦地接合在一起。所述吸液管弹出工具能够将划痕器与所接合的吸液管吸嘴接合工具脱离。
在使用带有多排接触表面的划痕器的情况下，所述接头还包括划痕器重定位工具以旋转划痕器，将划痕器从第一排接触表面与培养基的表面相接触的第一位置重新定位至第二排接触表面与培养基表面相接触的第二位置。
优选地，所述培养平台包括可旋转的工作台，以在划痕器与培养基表面接触之时旋转培养平皿，从而实现划痕。或者，可通过滚筒支撑培养平皿以旋转培养平皿。要提供一种能使用单个划痕带分离菌落的装置，最好使用控制工具控制旋转工作台，使其转速达到至少25转/分钟，最好是30至40转/分钟。
为了方便起见，所述装置还包括培养平皿移除工具，该移除工具包括将已划痕的琼脂培养平皿传送到收集容器的传送工具。然后该工具将培养平皿从培养平台移走，并还可以包括首先将培养平皿从培养平台推进的工具，该工具可以采用推杆的形式。所述传送工具可以是外力驱动的传送系统，采用滚筒或者传送带的方式。
所述装置还可以提供培养平皿盖移除工具，用于移除和再盖上将划痕的培养平皿的盖子。在培养平台上移除和盖上盖子更具操作性。
最好还提供干净培养平皿储存工具，用以储存干净的培养平皿，这样便可以储存一项预先准备好的培养平皿待用。接着，由干净培养平皿传送工具将它们传送到培养平台。还可以提供两个或多个干净培养平皿储存工具，尤其是在需要两种或多种不同类型的培养基以培养相关的微生物组织时需要提供。
所述装置可包括培养平皿贴标工具，用于给培养平皿贴标签以标识已划痕的试样。这样，可在划痕之前或之后将条形码或者印刷的标识贴在相关的培养平皿上，并可贴在划痕站，或当平皿正在传送或被取下来时。
通常吸液管吸嘴放在架子上，因此，吸液管吸嘴站最好包括用于支撑吸液管吸嘴架的平台。方便起见，所述装置还包括吸液管吸嘴储存工具和输送工具以将吸液管吸嘴输送到吸液管吸嘴站。类似地，所述装置最好包括传送工具以移除空的吸液管吸嘴架。当准备撤回吸液管吸嘴时，将已用的吸液管吸嘴放置在吸液管吸嘴架以进行清洗、消毒、重打包和再使用。
所述试样容器站最好包括容器定位器以定位盛有液体试样的容器，以及密封盖移除工具以移除容器的密封盖。所述装置最好还包括容器传送工具，以将盛有液体试样的容器传送到容器定位器上。这可包括传送工具例如传送滚筒或传送带。类似地，所述装置还可以包括容器移除工具，用于从试样容器站上将试样已划痕的容器传送到存储区。
所述装置还包括划痕器储存工具，用于储存多个划痕器。该储存工具可以采用储存箱的形式。
可以提供两个或多个培养平台和附属工具以输送和移除上面的培养平皿，在使用两种或多种不同类型的培养基时，这是有用的。两个或多个自动划痕装置之间可以共用一个控制工具。该控制工具可以具有多个连接端口工具，这样划痕装置能逐渐地连接到这些连接端口工具上，这样，容量可以模数形式扩大。
本发明可选的第二方面提供一种自动划痕装置以使用具有两排或多排接触表面的划痕器实现两个或多个划痕带，所述接触表面的类型与上述的任何一个实施例中的相同。所述划痕装置包括接头，该接头的运动被机械地控制，或者通过控制工具例如计算机控制控制，提供指令以执行下面的步骤：降低划痕器以使第一排弹性件接触培养基的表面的步骤；使所述第一排弹性件拖曳过所述培养基的表面以提供第一划痕带，升高所述划痕器使其脱离所述培养基表面，重新定位所述划痕器或者所述盛培养基的容器的步骤；旋转所述划痕器以使第二排弹性件在临近第一划痕带末端的地方与培养基表面接触的步骤；使所述第二排弹性件拖曳过所述培养基的表面以提供第二划痕带的步骤，所述第二划痕带最初横过所述第一划痕带，然后经过未接种的培养基；以及随后升高所述划痕器使其脱离培养基表面的步骤。
通过所述控制工具能产生第三、第四甚至更多划痕带。
所述装置可以具有接种工具以将试样接种到培养平皿上，以便随后由第一排弹性件接触。或者，可手工执行接种。接种体可以采用液体试样的形式，这样的话，接种工具可以采用吸液工具的形式。或者所述试样可以不是悬浮的，这样例如它可以从固体培养基上获得的菌落中提取，并且所述接种工具可实现培养平皿上放射状的划痕。可以理解，本发明的其他形式也能够使用这种接种工具代替吸液工具。
所述装置最好适用于标准培养容器例如圆形的陪替氏培养皿(petridish)。划痕带可划成直线，且第二划痕带穿过第一划痕带，与第一划痕带的交角约45度，第三划痕带类似放置，然后接着是现有的手工操作。替换地，所述划痕带可以沿着培养皿的曲率划成弧形，相交的第二划痕带通常与第一划痕带的曲率一致，这样能够沿第一划痕带便携带有足够的接种体，尤其是刷的弹性件密度较高之时。
可以理解，接头经过培养基的上方可通过接头的移动或者盛有培养基的容器的移动来实现。要意识到，对于陪替氏培养皿，这是适用的；对于其他非标准器皿内的固体介质，也同样适用。
所述装置还包括试样处理工具，该工具包括打开试样容器的开口工具、从中取出等份试样的工具、接种培养平皿的接种工具、将等份试样转移到接种工具的工具。
进一步的一种形式中，所述自动划痕装置包括接头，与上述任何一种形式的划痕器连接，所述接头的运动被机械控制或者由计算机控制，提供指令以执行下面的步骤：重新获取已消毒的划痕器的步骤，例如，从盒子中获取；旋转所述划痕器以使第一排细长件朝培养基向下伸展的步骤；降低所述划痕器以使所述第一排细长件接触培养基表面的步骤；提供所述第一排细长件与培养基表面的相对运动以产生第一划痕带的步骤；升高所述划痕器使其离开培养基表面的步骤；重新定位所述划痕器和所述培养基以使其准备产生第二划痕带的步骤；轴向旋转所述划痕器以使第二排细长件与培养基表面垂直的步骤；降低所述第二排细长件以便其在临近第一划痕带末端的位置与培养基表面接触的步骤；提供所述第二排细长件与培养基表面之间的相对运动以产生第二划痕带的步骤，其中所述第二排细长件最初与第一划痕带的一部分横切，然后经过尚未接触的培养基；升高所述划痕器使其离开培养基表面的步骤；处理已用的划痕器的步骤。
需要理解的是，本发明还包括使用上述步骤或者其中的一个或多个步骤的组合对培养平皿划痕的方法。
因此，本发明的第三方面提供一种使用划痕器在培养平皿的表面划痕以获得微生物的单菌落的方法，所述划痕器具有成排的隔开的接触表面以与固体培养基的表面接触，所述接触表面由公共支撑件弹性支撑，所述方法包括如下步骤：
(1)将含有微生物的试样放在培养平皿的储存区内；
(2)将所述储存区出的平皿表面与所述划痕器的一排接触表面相接触；
(3)划出穿过所述表面的划痕带。
需要理解的是，所述方法包括在固体培养基表面仅仅划出一个划痕带，这是优选形式。本发明还包括将平皿的表面与第二排或者更后排的接触表面相接触以产生随后的一个或多个划痕带，即形成第二、第三、第四或更多划痕带。所述方法包括接触第一划痕带或者随后的划痕带，以及横跨培养基表面划出第二或者更多划痕带的步骤。
划出划痕带可通过以直线或者波浪线的方式拖动划痕器来实现。但是，优选方式是通过划痕器与培养平皿的相对转动来划出划痕带，最好是旋转培养平皿。
已经发现以高于特定速度的转速转动培养平皿能够提供更好的菌落分离。到目前为止，试验是基于从静止开始的旋转。因此，在整个旋转过程中，并没有维持最大的旋转速率。另外，旋转未超过360度，可能更接近280°-300°。据估计，以最高速率测试时，仅仅在最后50％的转程中获得全速率。在指定要达到的分离度的情况下，可能仅仅要求标准培养皿320°的转程的25％、30％、35％或40％的速率。速率测试表明，对于108微生物培养测试试样，在终速40转/分钟或更大时能获得特别好的分离。但是，下一个最接近的速率测试是10转/分钟。对于更典型的生物试样，微生物的密度可能更小，每毫升102至105个微生物。对于单划痕带，预期10转/分钟左右，最好是15转/分钟或更大的终速能得到好的分离。本发明预期对于至少最后的25％转程，即可能70°或80°的转程中，转速大于10、15、20、25、30、35、40转/分钟。
应当意识到，本发明原理上用于分离每个培养平皿中单试样的单菌落，但是，也可以将两种或多种试样划痕到培养平皿的多个部分中。因此，可将两种试样中的每种试样划痕到二分之一培养平皿上，或者将三种试样分别划痕到三分之一的培养平皿上。
附图说明
为了更好的理解本发明，以下将将结合附图进行说明，附图中：
图1是第一实施例中具有三排弹性件的划痕器的透视示意图；
图2是图1所示的划痕器的第一实施例的端面示意图；
图3是刷子相对于陪替氏培养皿连接至其的装置的接头的一个实施例的透视示意图；
图4是第二实施例的划痕器的透视示意图；
图5是第二实施例的划痕器的俯视图；
图6是第二实施例的划痕器的后视图；
图7是第二实施例的划痕器的VII-VII方向上的截面图；
图8是第三实施例的划痕器的俯视图；
图9是第三实施例的划痕器的IX-IX方向上的截面图；
图10是使用第二实施例的划痕器在固体培养基的培养平皿中划痕的示意图；
图11是自动化地将微生物划痕到固体培养基上的划痕装置的从上面看的平面示意图；
图12是图10所示的划痕装置的侧视图；
图13是使用本发明所示的具有不同浓度的两种培养物的实施例形成的菌落的分离的示意图；
图14是在培养平皿不同转速下实现的菌落分离的示意图。
具体实施方式
本发明第一方面提供一种划痕微生物接种体(20)到固体培养基(16)的表面以获得单菌落的划痕器(1)。所述划痕器具有排状隔开的接触表面(21)以与所述固体培养基的表面接触。所述接触表面由公共支撑件弹性支撑。
参见图1、2和图3所示的第一实施例，划痕器(1)采用划痕刷的形式，划痕刷包括从公共支撑件(6)放射状伸出的排成三排(3、4、5)的细长弹性件(2)。这些细长件由灭菌型塑胶材料形成，具有足够的柔性以划过标准的琼脂固体培养基的表面而不损坏该表面。这种柔性度能适应不平坦的培养基表面。可以看到，细长件的自由端(7)对齐，用于与容器中的培养基的平坦表面进行一般的接触。每排细长件之间都有缝隙(8)，以使任意接种体的至少一些液体能穿过。每排由一束对齐的弹性件表示。本发明的其他形式每排的厚度为两束或多束可能较薄的弹性件的厚度。
这三排细长件从公共支撑件(6)上放射状伸出。划痕刷的一端包括连接器(未示出)，该连接器连接到手柄以进行手工操作或者连接到自动划痕装置的接头。可以看到，这三排弹性件是规则地间隔开，相邻两排之间为120度。
划痕器的第二实施例在图4、5、6、7和10中更具体的示出，这是优选实施例。该实施例的划痕器由塑胶整体成型。细长弹性件(2)采用条带的形式，从公共支撑件向下延伸形成一排。所有这些条带的最下端通过下方的横向件(22)接合，从而避免每个细长件的相对侧向移动，并且在该实施例中，这些细长件被固定在适当位置。可以看到，所述下方的横向件在横截面上也比细长件(2)稍微厚些，所以它也能防止细长件的相对垂直移动。
可以看到，隔开的接触表面(21)不是由细长条带(21)的末端提供的。而是所有的细长条带都具有轴向弯曲部分(23)，当固定在适当位置使用时，如图7所示，接触表面由该弯曲部分的最低部位提供。可以看到，细长条带的末端以及下方的横向件(22)保持在培养基表面的上方，尽管轴向弧形部分的最低点接触培养基表面并从而提供接触表面。
弯曲部分提供相对较宽的曲线，将穿破固体培养基的表面的风险最小化。在第二实施例的划痕器中，接触表面的轴向半径是3.2mm。每个条带的宽度是1mm，又将破坏培养基的表面的风险最小化。每个细长条带至少在所述弯曲部分还有额外地横向弯曲，在该实施例中这些横向弯曲的半径是0.5mm。这也许在图6中能最清楚地看到。这样，接触表面呈现出相对于固体培养基表面的复合曲面，可将其称为椭圆面。因此，对于培养基而言，接触表面形状上没有急剧的变化，减少划破培养基的表面的潜在风险。
可以看到，每个细长条带(2)与相邻的细长条带之间有缝隙(8)，其上的表面之间的缝隙约为0.1mm。应当了解到，细长条带下方的表面之间的缝隙会更宽，因为细长条带的侧向弯曲导致了缝隙的径向偏差。这提供了不可忽视的缝隙，这些缝隙的横截面近似三角形，液体接种体能流过这些缝隙。
细长条带从垂直方向(31)以45度左右的倾斜角α相对于运动方向(30)向后延伸。向后的倾斜减少了损害培养基表面的可能性，同时加强细长臂的垂直弯曲(32)能力以适应表面的变化，或者适应将涂布工具安装到自动划痕装置中的偏差，其中在接合的垂直高度上可能会有偏差。划痕器由高密度聚乙烯(HDPE)Asrene SI5230制成，垂直弯曲约1cm，这种弹性不具有划破已经适当干燥的1％琼脂培养平皿的表面的风险。
细长条带从公共支撑件(6)向下延伸。可以看到，公共支撑件的厚度约4mm，是细长条带约2mm的厚度的两倍。这为所有的细长件(2)提供了相对刚性的支撑。公共支撑件的中间是向上延伸的连接器(35)，其带有中心孔(36)。中心孔的最上部分具有锥形(37)，以方便划痕装置的接头上的插口形式的附着工具的定位。中心孔还从最下端到最上端逐渐呈锥形，斜度3.5°，便于连接器与附着工具接合时的磨擦配合。
公共支撑件还提供旋转抑制工具，采用两个隔开的突起(40、41)的形式，在突起的底侧设有对应的孔，以帮助划痕器的正向定位，以确保在与接头接合前的正确方向。
图8和图9所示是第三实施例的划痕器。该实施例与之前的两个实施例的不同之处在于未提供细长件。第三实施例提供的公共支撑件(35)与第二实施例的非常相似。取代从公共支撑件向下延伸的细长条带的是向下延伸的腹板支撑件(web support)(45)。该腹板原理上具有相对的刚性，从邻接公共支撑件(35)的薄片部分(46)构成。该薄片部分是弹性可弯曲的，提供接触表面(21)的垂直弯曲。
接触表面(21)形成在曲面支撑件(47)之下，它在结构上是相对刚性的。如图8所示，接触表面是侧向辐射状地，同时轴向上加强垂直弯曲性能以避免划破固体培养基表面。
图10所示为手动使用第二实施例的划痕器在培养皿(52)中的固体培养基表面划痕的方式。初始接种体(20)沿径向线放置在培养平皿的表面上。手柄(50)连接到连接器上，并且划痕器的接触表面(21)与初始接种体的径线接触。培养皿支撑在转台(未示出)上，驱动转台使培养皿以箭头所示的方向转动，从而沿着弧形带(51)拖曳出接种体的划痕。然后将划痕器从培养皿处升高，用盖子覆盖培养皿，然后将培养皿放到培养箱中以培养菌落。
通常，可以想到这种划痕器可用在自动划痕装置中。自动划痕装置的接头(10)如图3所示。可通过可由例如步进电机驱动的增量可调连接器(11)将接头旋转地连接(关于B轴)到一支撑件件(未示出)上。整个接头可以通过未示出的工具垂直地升起和降下(沿箭头12所示)。
附着工具13连接到划痕刷的公共支撑件，毛刷从弹性的支撑件上延伸出去。连接器可提供扣合式连接。刷顶出器(14)能够以箭头(15)所示的方向相对于刷做轴向运动，以克服连接器施加的夹持力，从而将刷从接头移出。连接器与刷子刚性连接，因此它们一起关于A轴增量旋转，对齐成排的刷子接触培养平皿(17)中的培养基(16)的表面。平皿支撑件(未示出)也关于C轴增量旋转。
拿掉盖子后的培养平皿放在培养平台上。径向线状的接种体放置在培养基的表面上。划痕器安装在连接器上。确定划痕器的方位使第一排弹性件伸到固体培养基的表面。降低接头使第一排接触表面的自由端在接种体储存区中或其上游与培养基表面接触。旋转培养平皿使弹性件的自由端在培养平皿上划出弧线，这些弧线中带有一些接种体。升起划痕工具，将附着工具和划痕器转向120度，将培养平皿的位置倒转1cm左右，降低第二排细长件以接触培养基的表面，然后再次旋转培养平皿，使第二排细长件最初接触第一划痕带的大约1cm段，接着划过未接种的培养基。使用第三排细长件重复上述处理，进行第三次划痕。然后将划痕器升起、移除、放置到合适的处置容器中以清洗或回收。将盖子盖在已接种的培养平皿上，将该培养平皿转移到培养箱中。
图11和图12是使用划痕器的自动划痕装置的示意图。该划痕装置包括接头(10)，该接头包括吸液工具(60)，该吸液工具包括用于摩擦结合吸液管吸嘴的吸液管吸嘴接合管(61)，该吸液管吸嘴接合管与可逆泵(62)交换液体，该可逆泵能够将液体抽进吸液管中，并能将液体从吸液管中排出。该吸液工具还包括弹出扣环(63)挤压吸液管吸嘴的上边缘，促使吸嘴脱离与吸液接合管的磨擦接合，从而弹出吸嘴。该接头还包括划痕器附着工具，以与划痕器接合。第二实施例的连接器(35)内的孔(36)的内径与吸液管吸嘴的相同，因此吸液管吸嘴接合管也能够与划痕器磨擦接合。为了防止划痕器相对于接头旋转，划痕器还设有旋转抑制工具，采用两个隔开的突器(40、41)的形式，插入接头内对应形状的凹处内(未示出)。划痕器可通过与吸液管吸嘴一样的头上上的相同部件弹出，这样，弹出扣环挤压连接器的上边缘，促使散布设备脱离吸液接合管，从而被弹出。
接头驱动工具包括托台(70)。沿着该托台，可将接头从划痕装置矩形的工作区的一侧驱动到另一侧。该托台在两侧由导轨(71、72)支撑，一个或两个电机沿着导轨的长度驱动该托台。这样，可以理解的是，接头能够定位在矩形工作区的任何位置。接头也能够相对于相对托台(70)固定的托架(73)做垂直移动。
在划痕过程中，培养平台(80)用于支撑培养平皿。该培养平台包括转台(81)，当划痕器保持与培养基的表面接触时，可使培养平皿相对于划痕器旋转。划痕操作准备就绪时，培养平皿盖子移除器(82)移除培养平皿的盖子。在接种和划痕操过程中，操作结束盖上盖子之前，两个臂(83、84)与盖子接触并将其翻转到反向位置。培养平皿移除工具包括培养盘移除传送器(85)，以及可能还包括有推杆(未示出)以将培养平皿从培养平台滑到培养平皿移除传送器上。例如，划痕后的培养平皿可收集到篮子中，当篮子中收集到期望数目的培养平皿后，被传送到培养箱中。培养平皿贴标器安装在靠近培养平皿移除传送器的位置，以在培养平皿上贴上表明所划痕上的试样的标签。
干净培养平皿储存工具可由干净培养平皿储存箱(87)提供，用于储存多个干净培养平皿(88)，通过弹簧式装载每次将一个干净的培养平皿传递到划痕装置的工作表面上。干净培养平皿传送工具包括干净培养平皿传送器(89)以将干净培养平皿传送到培养平台。
吸液管吸嘴站(90)包括支撑台，该支撑台支撑着放置朝上的准备与吸液接合管接合的吸液管吸嘴(92)的托盘(91)。当拖盘中所有的吸液管吸嘴都使用过后，吸液管托盘移除传送器(93)将吸液管拖盘从吸液管吸嘴站移走。吸液管吸嘴存放箱(94)存放着一堆装有未使用的吸液管吸嘴的拖盘，一旦吸液管吸嘴站上的拖盘被移走，就传送新的拖盘放在支撑台上。
试样容器站(95)包括一个支撑试样容器(97)的拖盘(96)的支撑台。容器盖移除器(98)用于移除和安装将要被取样的试样容器的螺冒式盖子。盖子移除器的头部(99)紧抓盖子的外围，并反时针旋转以移除盖子以及顺时针旋转以安装盖子。垂直枢轴(102)上的伸缩臂(101)将盖子移除器移动到适当的试样上。
试样移除传送器(103)将拖盘从试样容器站(95)中传送出，当试样容器站上没有试样拖盘时，干净试样传送器(104)将试样提供给容器站。
划痕器供应站(105)提供一盒未使用的划痕器，其中最上面的一个划痕器被定位以与划痕装置的接头(10)接合。处置站(110)包括处置容器(111)，使用过的划痕器和/或吸液管吸嘴丢弃到其中。
控制器(120)与盖划痕装置的所有部件连接，以控制它们的动作。原理上，这可以自动控制，但是也需要有手动操作模式。
可提供反馈工具以查询各个部件的状态。这样，提供反馈以确定各种操作站例如试样托盘站、吸液管托盘站被占有或者未被占用。同样地，反馈工具也可用于确定培养平皿储存盒、划痕器储存盒或者吸液管吸嘴储存盒是否空了。压力传感器用于确定划痕器什么时候已接触到培养容器的表面。
基于状态变化，可提供消息，该消息可以是警报；或者可产生到空工作站的馈通。
使用第二实施例的划痕器做试验以确定通过围绕培养平皿划出单个划痕带能否获得分离的菌落。将15μl含有109埃希氏菌属大肠杆菌细胞的接种体以径向线形式接种为初始接种体。划痕器与初始接种体接触，从静止开始加速速三种速度，即(A)8转/分钟、(B)40转/分钟、(C)80转/分钟。据估计，约一半的确定转程中能达到这些速度。据估计，转程大概是320°。可以看到，在40转/分钟的速度时获得好的分离。据预测，更低的速度例如低至20转/分钟也能获得好的分离。所获得的菌落分离如图14所示。
图13示出了含有108表皮葡萄状球菌(Staphylocaccus epidermidis)和109埃希氏菌属大肠杆菌(Escherichia coli)的混合培养物的分离。可以看到，两种类型的细菌都呈现出分离，表皮葡萄状球菌(小的菌落)像埃希氏菌属大肠杆菌(大的菌落)一样是分开的。所使用的旋转速度是80转/分钟。
以上已经结合本发明的示范实施例对本发明的各种特征进行了阐述。但是，应当理解，这些特定配置仅仅用于举例，本发明不局限于此，本发明包括落入本发明的实质和范围内的各种变化。

Claims (23)

1.一种用于将微生物接种体在固体培养基表面上划痕以获得单菌落的划痕器，其特征在于，所述划痕器具有互相隔开成排的接触表面以与固体培养基的表面相接触，并由公共支撑件弹性地支撑，其中，每个接触表面由一个细长件提供，且每个所述细长件下部的相对侧向移动由连接工具限制。
2.根据权利要求1所述的划痕器，其特征在于，所述连接工具包括下端的横向件，将每个所述细长件联结在一起以禁止相邻接触表面的侧向移动。
3.根据权利要求1或2所述的划痕器，其特征在于，每个细长件为条带。
4.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，所述条带是柔性的。
5.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，每个所述细长件的下部形成轴向弯曲部分，所述接触表面在所述弯曲部分提供。
6.根据权利要求5所述的划痕器，其特征在于，所述下端的横向件在每个细长条带的弯曲部分后整体成型，在使用时所述下端的横向件保持在固体培养基的表面之上。
7.根据权利要求6所述的划痕器，其特征在于，所述弯曲部分的半径在1mm至5mm之间。
8.根据权利要求5所述的划痕器，其特征在于，每个细长条带的下部还进一步横向弯曲。
9.根据权利要求8所述的划痕器，其特征在于，所述横向弯曲部分的半径在0.25mm至1.0mm之间。
10.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，所述细长条带之间至少间隔0.1mm。
11.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，所述细长条带的宽度不超过3mm。
12.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，所述细长条带相对于预定的移动方向向后倾斜。
13.根据权利要求12所述的划痕器，其特征在于，所述倾斜角相对于水 平面成30至60度。
14.根据权利要求1所述的划痕器，其特征在于，连接至机器的接头的连接器从所述公共支撑件上伸出。
15.根据权利要求3所述的划痕器，其特征在于，所述细长条带可弯曲至少0.25cm而不会破坏1％琼脂培养基的表面。
16.根据权利要求1所述的划痕器，其特征在于，所述每排的宽度在1.5cm到4cm之间。
17.一种使用根据权利要求1-16中任一项所述的划痕器在培养平皿的表面上划痕以获得微生物的单菌落的自动划痕装置，其特征在于，所述自动划痕装置包括以下部件：
1)接头，其包括：
用于接合与弹出一次性接种设备的接种工具；和
用于与划痕器接合以及弹出划痕器的划痕器附着工具；
2)用于将接头定位在期望位置的接头驱动工具；
3)在使用划痕器划痕液体时支撑培养平皿的培养平台；
4)一次性接种设备站，用于支撑一个或多个准备与接种工具接合的一次性接种设备；
5)试样容器站，用于支撑一个或多个准备插入一次性接种设备并提取一些试样的试样容器；
6)划痕器储存站，用于支撑一个或多个划痕器以接合划痕器附着工具；
7)处置站，包括具有开口以接收使用过后的一次性接种设备以及从接头上弹出的划痕器的处置容器；
8)控制工具，用于控制所述自动划痕装置的上述部件，且所述控制工具实现：
将所述接头定位在一次性接种设备站内的一次性接种设备的上方，通过接种工具接合一次性接种设备；将所述接头定位在试样容器站内的试样容器的上方，从试样容器中提取试样到一次性接种设备上；将所述接头定位在培养平台所支撑的培养平皿的上方，将储存区中的试样接种到培养平皿上；将所述接头 定位在处置容器的开口的上方，将一次性接种设备弹出到处置容器中；将所述接头定位在划痕器储存站上方，将划痕器与划痕器附着工具接合；将所述接头定位在培养平台的上方，使培养平皿以及试样储存区的表面与划痕器相接触；将划痕器与培养平皿相对旋转，同时划痕器与培养基的表面相接触以在其上对试样划痕；撤回划痕器，将所述接头定位在处置容器的开口的上方，将划痕器弹出到处置容器中。
18.一种使用根据权利要求1-16中任一项所述的划痕器在培养平皿的表面划痕以获得微生物的单菌落的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将含有微生物接种体的试样放在培养平皿的储存区内；
(2)将所述储存区出的平皿表面与所述划痕器的一排接触表面相接触；
(3)划出穿过所述表面的划痕带。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，划出所述划痕带通过所述培养平皿和划痕器之间的相对旋转来实现。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述旋转由所述平皿执行。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述旋转的转速至少是10转/分钟。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在最后的25％转程中，所述旋转的转速至少是35转/分钟。
23.根据权利要求21或11所述的方法，其特征在于，在至少80°左右的弧形范围内所述旋转的转速维持不变。 
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