RU2086643C1 - Способ обнаружения живых микроорганизмов - Google Patents
Способ обнаружения живых микроорганизмов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086643C1 RU2086643C1 RU9595120364A RU95120364A RU2086643C1 RU 2086643 C1 RU2086643 C1 RU 2086643C1 RU 9595120364 A RU9595120364 A RU 9595120364A RU 95120364 A RU95120364 A RU 95120364A RU 2086643 C1 RU2086643 C1 RU 2086643C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- microorganisms
- liquid
- laser radiation
- measured
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
- G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S430/00—Radiation imagery chemistry: process, composition, or product thereof
- Y10S430/146—Laser beam
Abstract
Изобретение относится к оптическим биосенсорам и позволяет с высокой чувствительностью обнаруживать наличие подвижных микроорганизмов /ПМ/ в жидкости даже в присутствии большого количества броуновских частиц. Сущность изобретения: измеряют среднюю амплитуду флуктуаций интенсивности рассеянного на частицах в жидкости лазерного излучения, которая пропорциональна как концентрации, так и подвижности частиц. Измеряют мутность жидкости, которая пропорциональна только концентрации частиц, и по сравнению обоих сигналов определяют наличие ПМ в жидкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к биофизике, а более конкретно к оптическим биосенсорам.
В настоящее время все живые микроорганизмы в жидкости регистрируются наблюдением посредством оптического микроскопа методами биолюминенсенции селективного окрашивания. Общим недостатком этих методов является низкая степень автоматизации измерений.
Наиболее близким к предлагаемому способу является оптический способ обнаружения подвижных микроорганизмов (прототип) путем измерения коэффициентов диффузии рассеивающих центров. В этом способе лазерное излучение проходит через исследуемую жидкость, рассеивается находящимися в жидкости частицами (броуновское движение) и подвижными микроорганизмами. Рассеянное излучение, интерферируя в плоскости наблюдения, формирует динамическую спектр-картину, фурье-спектр флуктуаций интенсивности которой регистрируется. По полуширине этого спектра вычисляют коэффициент-диффузии и по его величине определяют наличие подвижных микроорганизмов.
Однако для того, чтобы отличить ПМ от БЧ, необходимо иметь априорную информацию о размерах исследуемых частиц, что снижает применимость метода. Например, при низкой подвижности ПМ или при БЧ малого размера различить спектры не удается. Кроме того, требуется измерение фурье-спектра с высокой точностью, что затрудняет и удорожает создание приборов, работающих в реальном времени.
Предлагаемый способ позволяет преодолеть указанные недостатки путем измерения средней интенсивности флуктуаций спекл-картины в ограниченном снизу частотном диапазоне, связанной как с концентрацией броуновских частиц (БЧ), так и с подвижностью микроорганизмов (ПМ). Одновременно известным способом измеряется мутность исследуемой среды, связанная только с концентрацией БЧ и ПМ, но не зависящая от подвижности ПМ. Это позволяет различить в выходном сигнале вклады от концентрации БЧ и ПМ от вклада, связанного с подвижностью микроорганизмов. Ограничение частотного диапазона снизу позволяет уменьшить вклад в выходном сигнале от концентрации БЧ, чей спектр лежит в низкочастотной области и мало изменяет сигнал, связанный с подвижностью микроорганизмов, лежащий в более высокочастотной области. Это позволяет повысить чувствительность способа при обнаружении малых сигналов от ПМ на фоне большого сигнала от БЧ. Предлагаемый способ проще, поскольку не требуется информации о размерах частиц и измерения фурье-спектра.
На фиг. 1 представлены типичные амплитудно-частотные спектры выходных сигналов, где 1-фуpье-спектp БЧ, 2-фурье-спектр ПМ; на фиг. 2 интегральные величины, измеряемые в предлагаемом способе, где 3 амплитудно-частотная характеристика ограничения спектра снизу, область 4 интегральный сигнал Uвых1 для БЧ, область 5 интегральный сигнал Uвых для БЧ + ПМ; на фиг.3 зависимость сигнала Uвых1 от мутности жидкости Т (сплошная линия), где ΔU вклад в выходной сигнал, обусловленный подвижностью микроорганизмов.
Способ реализуется следующим образом.
Лазерное излучение, проходя через исследуемую жидкость, рассеивается частицами в жидкости и, интерферируя в плоскости фотоприемника, образует динамическую спекл-картину. Амплитудно-частотный спектр флуктуаций фототока представляет лоренцевскую линию
где U напряжение на фотоприемнике;
U0 множитель, имеющий размерность напряжения;
Δω полушиpина лоренцевской линии;
w текущая частота;
Δω ~ D•sin2Φ где v угол наблюдения;
D -коэффициент диффузии рассеивающих частиц, для БЧ D обратно пропорционален их радиусу r:
а для ПМ D пропорционально корню из их скорости v
Для ПМ D больше, чем для БЧ, что позволяет обнаружить подвижные микроорганизмы в жидкости. На фиг. 1 представлены лоренцевские спектры (1) для БЧ и ПМ 2 с большой подвижностью в предположении их одинаковой концентрации и размеров. При этом площади под соответствующими кривыми одинаковы, а U _→ ∞ при ω = 0 и Δω _→ 0 При наличии в исследуемой среде одновременно БЧ и ПМ результирующий спектр является суперпозицией спектров, приведенных на фиг. 1. При ограничении снизу частотного спектра измеряемого сигнала Uвых регистрируемая интенсивность для БЧ уменьшается значительно сильней, чем для ПМ (области 4 и 5 соответственно на фиг.2), поскольку большая часть БЧ -спектра расположена в низкочастотной области. Нижняя граничная частота выбиралась вблизи типичного для БЧ, размером около микрона и составляла 1-10 Гц. Конкретное ее значение не является критичным параметром. При этом Uвых1 БЧ -спектра определяется независимо путем измерения мутности среды. Это поясняется на фиг. 3, на которой представлена экспериментальная зависимость Uвых1(Т) средней амплитуды флуктуаций спекл-картины от мутности среды Т при наличии в ней только БЧ (сплошная линия). Мутность Т измерялась фотоприемником по интегральной интенсивности рассеянного света и также имела размерность напряжения. Тогда при наличии в среде только БЧ
Uвых1=К•Т (4)
где К коэффициент пропорциональности, постоянный для данной реализации способа. В реальной среде с наличием как БЧ так и ПМ в измеряемом сигнале U удается различить вклад ПМ как превышение U над (4)
Uвых = Uвых1 + ΔU (5)
Наличие ΔU и ее величина характеризует наличие ПМ и их активность в исследуемой среде (см. фиг.3). Относительный вклад сигнала от ПМ можно характеризовать также отношением ΔU/Uвых.
Чувствительность предлагаемого способа выше по сравнению с прототипом, поскольку возможно выделить "чистый" вклад от ПМ в регистрируемом сигнале; в прототипе же регистрируется только суммарный спектр от БЧ и ПМ. В наших экспериментах чувствительность ΔU/Uвых составила около 10%
С целью обнаружения динамических процессов, связанных как с подвижными, так и не самодвижущимися, но живыми микроорганизмами (например, процессы деления), измерялись первые и более высокие производные dUвых/dt, характеризующие например, скорость изменения концентраций живых микроорганизмов.
где U напряжение на фотоприемнике;
U0 множитель, имеющий размерность напряжения;
Δω полушиpина лоренцевской линии;
w текущая частота;
Δω ~ D•sin2Φ где v угол наблюдения;
D -коэффициент диффузии рассеивающих частиц, для БЧ D обратно пропорционален их радиусу r:
а для ПМ D пропорционально корню из их скорости v
Для ПМ D больше, чем для БЧ, что позволяет обнаружить подвижные микроорганизмы в жидкости. На фиг. 1 представлены лоренцевские спектры (1) для БЧ и ПМ 2 с большой подвижностью в предположении их одинаковой концентрации и размеров. При этом площади под соответствующими кривыми одинаковы, а U _→ ∞ при ω = 0 и Δω _→ 0 При наличии в исследуемой среде одновременно БЧ и ПМ результирующий спектр является суперпозицией спектров, приведенных на фиг. 1. При ограничении снизу частотного спектра измеряемого сигнала Uвых регистрируемая интенсивность для БЧ уменьшается значительно сильней, чем для ПМ (области 4 и 5 соответственно на фиг.2), поскольку большая часть БЧ -спектра расположена в низкочастотной области. Нижняя граничная частота выбиралась вблизи типичного для БЧ, размером около микрона и составляла 1-10 Гц. Конкретное ее значение не является критичным параметром. При этом Uвых1 БЧ -спектра определяется независимо путем измерения мутности среды. Это поясняется на фиг. 3, на которой представлена экспериментальная зависимость Uвых1(Т) средней амплитуды флуктуаций спекл-картины от мутности среды Т при наличии в ней только БЧ (сплошная линия). Мутность Т измерялась фотоприемником по интегральной интенсивности рассеянного света и также имела размерность напряжения. Тогда при наличии в среде только БЧ
Uвых1=К•Т (4)
где К коэффициент пропорциональности, постоянный для данной реализации способа. В реальной среде с наличием как БЧ так и ПМ в измеряемом сигнале U удается различить вклад ПМ как превышение U над (4)
Uвых = Uвых1 + ΔU (5)
Наличие ΔU и ее величина характеризует наличие ПМ и их активность в исследуемой среде (см. фиг.3). Относительный вклад сигнала от ПМ можно характеризовать также отношением ΔU/Uвых.
Чувствительность предлагаемого способа выше по сравнению с прототипом, поскольку возможно выделить "чистый" вклад от ПМ в регистрируемом сигнале; в прототипе же регистрируется только суммарный спектр от БЧ и ПМ. В наших экспериментах чувствительность ΔU/Uвых составила около 10%
С целью обнаружения динамических процессов, связанных как с подвижными, так и не самодвижущимися, но живыми микроорганизмами (например, процессы деления), измерялись первые и более высокие производные dUвых/dt, характеризующие например, скорость изменения концентраций живых микроорганизмов.
Таким образом, предлагаемый способ работоспособен и промышленно применим.
Claims (3)
1. Способ обнаружения живых микроорганизмов, включающий пропускание лазерного излучения через анализируемую пробу, измерение параметра, характеризующего амплитудно-частотный спектр флуктуации рассеянного лазерного излучения в пробе, отличающийся тем, что дополнительно измеряют параметр, характеризующий мутность пробы, а параметр, характеризующий амплитудно-частотный спектр флуктуации рассеянного лазерного излучения, измеряют при ограничении нижнего предела диапазона частот, а о наличии живых микроорганизмов судят, сравнивая измеренные параметры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нижний предел диапазона частот устанавливают с учетом полуширины линии Лоренца.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют производные измеренных параметров.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595120364A RU2086643C1 (ru) | 1995-12-09 | 1995-12-09 | Способ обнаружения живых микроорганизмов |
US08/894,044 US5846759A (en) | 1995-12-09 | 1996-10-14 | Method of detecting live microorganisms |
PCT/RU1996/000299 WO1997021799A1 (fr) | 1995-12-09 | 1996-10-14 | Procede permettant de detecter la presence de micro-organismes vivants |
JP9521963A JPH11500631A (ja) | 1995-12-09 | 1996-10-14 | 生存微生物検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595120364A RU2086643C1 (ru) | 1995-12-09 | 1995-12-09 | Способ обнаружения живых микроорганизмов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2086643C1 true RU2086643C1 (ru) | 1997-08-10 |
RU95120364A RU95120364A (ru) | 1997-12-27 |
Family
ID=20174302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595120364A RU2086643C1 (ru) | 1995-12-09 | 1995-12-09 | Способ обнаружения живых микроорганизмов |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5846759A (ru) |
JP (1) | JPH11500631A (ru) |
RU (1) | RU2086643C1 (ru) |
WO (1) | WO1997021799A1 (ru) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1052516A3 (en) * | 1999-05-14 | 2002-10-09 | John Hyde | Measuring the flow of particles in a fluid |
US8645137B2 (en) | 2000-03-16 | 2014-02-04 | Apple Inc. | Fast, language-independent method for user authentication by voice |
GB2369182B (en) * | 2000-11-15 | 2004-12-08 | Rusteck Ltd | Optical detection of particles in a liquid medium |
US20070148045A1 (en) * | 2005-10-12 | 2007-06-28 | California Institute Of Technology | Optoelectronic system for particle detection |
US9262612B2 (en) | 2011-03-21 | 2016-02-16 | Apple Inc. | Device access using voice authentication |
WO2014197334A2 (en) | 2013-06-07 | 2014-12-11 | Apple Inc. | System and method for user-specified pronunciation of words for speech synthesis and recognition |
CN110442699A (zh) | 2013-06-09 | 2019-11-12 | 苹果公司 | 操作数字助理的方法、计算机可读介质、电子设备和系统 |
US10176167B2 (en) | 2013-06-09 | 2019-01-08 | Apple Inc. | System and method for inferring user intent from speech inputs |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3609040A (en) * | 1969-02-24 | 1971-09-28 | Lilly Co Eli | Automated system for performing sample measurements, dilutions and photometric measurements |
US4368047A (en) * | 1981-04-27 | 1983-01-11 | University Of Utah Research Foundation | Process for conducting fluorescence immunoassays without added labels and employing attenuated internal reflection |
US4467032A (en) * | 1982-04-26 | 1984-08-21 | Warner-Lambert Company | Identification and enumeration of microbial cells |
GB2145112B (en) * | 1983-04-27 | 1987-02-18 | Milk Marketing Board | Sorting living spermatozoa |
SU1306947A1 (ru) * | 1985-07-24 | 1987-04-30 | Предприятие П/Я А-1631 | Способ определени концентрации живых микроорганизмов |
SU1406153A1 (ru) * | 1986-07-07 | 1988-06-30 | Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) | Устройство биотестового контрол загр знени жидкости |
US5371016A (en) * | 1993-04-26 | 1994-12-06 | Becton, Dickinson And Company | Detecting biological activities in culture vials |
-
1995
- 1995-12-09 RU RU9595120364A patent/RU2086643C1/ru active
-
1996
- 1996-10-14 JP JP9521963A patent/JPH11500631A/ja active Pending
- 1996-10-14 WO PCT/RU1996/000299 patent/WO1997021799A1/ru active Application Filing
- 1996-10-14 US US08/894,044 patent/US5846759A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Спектроскопия оптического смешения и корреляции фотонов/Под ред. Г.Камминса и Э.Пайка. - М.: Мир, 1978, с.287-331. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11500631A (ja) | 1999-01-19 |
WO1997021799A1 (fr) | 1997-06-19 |
US5846759A (en) | 1998-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4446239A (en) | Light scattering immunoassay involving particles with selective frequency band apparatus | |
CA1135074A (en) | Dust measurement | |
JPS61108948A (ja) | 油検出方法及び装置 | |
RU2086643C1 (ru) | Способ обнаружения живых микроорганизмов | |
RU94041699A (ru) | Устройства и способы для магнитного тестирования удлиненного объекта | |
US20120274925A1 (en) | Axial light loss sensor system for flow cytometery | |
Dhadwal et al. | Size and concentration of particles in syton using the fiber optic Doppler anemometer, FODA | |
Salmeen et al. | Hydrodynamic diameters of RNA tumor viruses. Studies by laser beat frequency light scattering spectroscopy of avian myeloblastosis and Rauscher murine leukemia viruses | |
RU2556285C1 (ru) | Способ измерения геометрических параметров несферических частиц в жидкости по деполяризованному динамическому рассеянию света и устройство для его осуществления | |
JPH0792076A (ja) | 粒子解析装置 | |
Hargrove et al. | Improvement of algorithm for peak detection in automatic gas chromatography-mass spectrometry data processing | |
JPH11507735A (ja) | 多重角度多重波長粒子特性決定装置および方法 | |
RU2765458C1 (ru) | Способ определения содержания нефти и механических частиц в подтоварной воде | |
JP3265361B2 (ja) | 液中粒子計測装置およびその方法 | |
SU1748058A1 (ru) | Способ определени содержани жира и белка в молоке | |
van Haeringen et al. | Acid-induced structural changes of a mouse IgG2a monoclonal antibody (MN12) studied by transient electric birefringence measurement | |
JP2836481B2 (ja) | 粒度分布測定装置 | |
SU1548713A1 (ru) | Способ определени параметров функции распределени частиц по размерам | |
JPS6324139A (ja) | 粒径の測定方法 | |
Smith et al. | A multi-channel, electro-optical turbidity meter | |
SU807148A1 (ru) | Способ определени параметровэМульСиОННОй ВОды B НЕфТи | |
JPS6165144A (ja) | 光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定装置 | |
SU1659797A1 (ru) | Способ определени концентрации хлорофилла и устройство дл его осуществлени | |
Wang et al. | Design of a light scatterometer for the measurement of small angle scattering | |
SU1226194A1 (ru) | Способ измерени молекул рно-массового распределени полимеров |