CN106255745B - 培育和检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种培育和检测设备，包括：加热装置(6)；检测表面(3)，其具有至少一个包含生长培养基的容器；以及检测系统(4)。所述设备特征在于，其包括防止在所述容器中形成凝结的系统，该系统包括温度控制装置，其包括温度传感器(62、70)、加热装置(6)、冷却装置(7)和管理装置，所述管理装置用来收集和分析所述传感器采集的信息，控制所述加热装置(6)和冷却装置(7)，产生期望的培育温度，在所述容器的表面上持续地施加温度梯度。

Description

培育和检测设备

技术领域

本发明涉及微生物生长阶段的检测领域。

本发明主要应用于工业和临床微生物学领域，如制药、生物技术、农产品工业或者医院中或医疗分析实验室中。

本发明尤其涉及一种设备，用于培育和快速检测样品中存在的微生物在膜或固体或半固体培养基的表面形成的菌落。

背景技术

目前，许多技术可用于检测待测样本中的污染物，如细菌。

最普遍和最古老的方法包括在琼脂培养基的表面上沉淀，而琼脂培养基对于一种或若干种微生物类型是有或多或少的选择性的。

然后，在微生物生长所需的合适的温度下培育培养基，时间可多达若干天。

该方法的缺点为其需要相对较长的培养周期才可以实现对形成在培养基上的菌落的裸眼检测。

从现有技术可知，为确定样品中具体的微生物，可通过放大DNA或RNA序列，进行聚合链式反应实现，即PCR。

这些方法的缺点在于其需要若干DNA链，即若干污染微生物，通常至少几十种微生物。因此，通常这些方法的敏感度不如基于生长的方法。

另一种可能性为应用微生物标记技术来突出微生物发出的光与生长培养基发出的光之间的对比度。利用荧光活力标记物，如CFDA(羧基二乙酸酯)，或非荧光活力标记物，如TTC(三苯基氯化四唑)或酶，用来显示例如由ATP(三磷酸腺苷)发出的生物发光，因为使用的光学系统对发射的光的如波长或者强度等特性敏感，所以其可以对微生物进行早期检测。

美国专利申请US 2003/0155528公开的内容可知，其描述了一种检测微生物的方法，该方法中，微生物被合适的荧光试剂(如荧光素)标记，一方面，确定微生物的数量，另一方面，判断其是活细胞还是死细胞。

然而，这些技术难以实施，并且其通常需要用到昂贵的试剂以及熟练的劳动力的参与。而且，其不适合检测数量较大的样品上的污染物，标记操作通常很难实现自动化。此外，这些技术存在污染样品的风险。实际上，试剂的添加需要所述试剂与待检测微生物接触，这通常在开放的含有琼脂培养基的盒子中进行。最后，试剂与微生物的接触存在破坏活细胞形成菌落的风险，尤其是在微生物生长的早期(典型地，少于100个细胞)。

从现有技术，可知存在基于利用微生物自然发出的光的特性的方法，如检测所述微生物的自发荧光。因此，可以利用所述微生物发出的自然荧光与沉积所述微生物的非荧光的培养基之间存在的对比度来突出菌落的差异。

在国际专利申请WO 03/022999中描述了一种利用这一原理的方法，其中利用了菌落的某些光学特性，如自发荧光。

的确，这些技术促进了自发荧光的菌落或微生物的检测，其与膜或者培养基具有较好的对比度。然而，自然产生的荧光处于很低的量级，例如与特定的荧光标记相比，其不足以获得快速检测的时间。另外，培养基中自然荧光的杂散发射或者环境中的其他微粒，如培养基中的灰尘、膜纤维、塑料微粒，会导致假阳性结果。

最后，利用高倍放大光学系统的技术可用来显现菌落早期的生长：如使用显微镜。然而，这些设备受限于仅可以检测小的表面，通常小于1mm²。因此，实施该技术检测一个或多个检测培养基，如膜或者琼脂培养基，需要的时间长、费用高，这是因为观察每平方厘米需要几分钟，还必须使用扫描系统。

从现有技术专利WO 2013/110734可知，其提供了一种用于生长培养基(即膜或者琼脂培养基)的表面上出现的菌落的早期检测的设备，其可自动化操作。

更具体地，这种设备包括检测表面，其上放置有生长培养基，如膜或琼脂培养基，和检测系统，如线性扫描仪。该系统包括至少一个与光学系统相关联的CCD传感器。

该设备是特别引人关注的，因为其省略了昂贵的光学设备或试剂的使用。另外，这种设备避免了其它微生物或者微粒的污染，因为检测系统是可移动的，在培育过程中样品不需要移动。

然而，虽然该检测设备本身具有很高的性能，发现其性能还可进一步提高。还发现，在该检测设备上做的改进还可提高例如不使用线性扫描仪的培育和检测设备的性能。

发明内容

为此，本发明涉及一种无荧光测量的菌落培育和快速检测设备，所述菌落由待测样品中微生物的繁殖产生，该设备包括：

-加热装置，

-检测表面，其上固定地设置由透明罩封闭的至少一个容器，在该容器中放置有菌落形式的微生物生长培养基，所述培养基的类型为膜或琼脂，

-检测系统，包括光学系统，允许可视化所述菌落。

所述设备的特征在于，其额外还包括用于防止在所述容器中形成凝结的系统，其包括温度调节装置，所述温度调节装置包括：

-在所述容器之上运行的第一温度传感器，

-在所述容器之下运行的第二温度传感器，

-所述加热装置，其运行在所述容器之上，

-运行在所述容器之下的冷却装置，以及

-管理装置，其用来收集和分析所述传感器装置采集的信息，控制所述加热装置和冷却装置，从而一方面产生所需的培育温度，另一方面在所述容器的表面上持续地施加温度梯度。

有利地但不限制地，所述检测系统为线性扫描仪类型，设置为水平的以扫描全部或部分所述表面，所述检测系统包括至少一个CCD或CMOS传感器，其与光学系统关联，所述光学系统包括至少一个照明设备以及至少一个光学器件，如透镜。

用于防止凝结形成的系统是特别有益的。

实际上，当容器关闭时，它防止在容器内部透明罩上形成凝结。在培育过程中，在容器内部罩的表面很容易形成水滴，其位于生长培养基的一侧，所述培养基例如可由设置在琼脂培养基上的膜构成，也可仅仅由琼脂培养基构成。

冷凝表明检测菌落的系统的具有明显缺陷。事实上，其会导致容器罩不透明，从而妨碍对于微生物生长的检测。

现有技术中，采取移开带有冷凝水滴的罩的方法，使得在打开的容器中可看到琼脂或膜上的结果。然而，该方法是不适当的，因为很可能会导致容器中的培养基被环境中的细菌所污染。这可能会导致得到假阳性的结果，这在临床应用中是明显有问题的，甚至是很危险的。

如上所述，根据本发明所述的检测设备可解决该问题。

另外，本设备是特别有益的，因为其结合了样本的培育功能与该样本中的微生物检测功能。

该种结合具有以下优点：

具体地，因为样本没有离开所述设备，所以待分析的样品可持续保持在合适的温度，这可促进微生物的生长。

此外，该设备避免了对于包含有生长培养基的容器的操作失误，这种失误通常是由现有自动化设备中的机械臂造成的。因此，使用本发明所述的设备，降低了、甚至完全抑制了样品被污染的风险。

最后，结合了样品培育和微生物检测的设备还有助于减少容器罩上的冷凝。

在具体实施例中，管理装置使得容器内外的温度梯度至少为0.10℃。

特别理想地，该温度梯度可防止容器中冷凝的形成。

值得注意的是，优选的温度测量采用热电偶装置。

优选地，本发明所述的培育和检测设备包括用于调整容器、生长培养基相对于光学系统的位置的装置。

本发明所述的培育和检测设备还包括用于自动更正所述容器的光学系统与所述生长培养基的光学系统之间的距离的装置。

本发明的一个实施例确保容器相对于检测系统中的光学系统的恒定且准确的定位，即可通过确保生长培养基在光学系统的相同景深区域，从而促进生长培养基上生长的菌落的检测。

另一方面，所述培育和检测设备包括用于更正所述容器和所述生长培养基相对于所述光学系统的轴向的方向的装置。

这一特征很好的解决了光学像差现象，该现象很可能导致形成扭曲的图像。这种现象的产生源于扫描仪的结构。结果，生长培养基为椭圆形的，培养基的一些区域是不可见的。这样，检测系统漏检了一些菌落，从而，因为光学像差的现象，会存在产生假阴性结果的巨大风险。

目前，如假阳性一样，假阴性结果也是很危险的，尤其是当患者必须通过临床微生物学诊断或如药物的无菌产品必须通过工业微生物学确保安全。

因此，更有利地，在本发明所述的培育和检测设备中，每个容器通过楔入的方式放置在检测表面，取决于在检测操作过程中容器占据的位置，该楔入的方式能够倾斜所述容器，并能够为容器提供相对于光学系统最有利的方向。

在有利的实施例中，检测表面包括可滑动安装在所述装置中的抽屉(drawer)，可从用于接纳所述封闭的容器的打开位置传递至关闭位置，在关闭位置，所述检测系统扫描所述容器和生长培养基，所述培养基直接设置在所述抽屉内。

更有利地，所述容器通过可拆卸托盘设置在所述抽屉内。

所述可拆卸托盘通过垫片设置在周边和下侧，所述垫片被设计为使得当抽屉处在关闭位置时，与包含在所述设备内部的可调限制器协作，通过抬起并保持所述托盘，从而使得其支撑的所述容器与所述光学系统保持合适的距离。

在具体实施例中，所述托盘可容纳若干个容器，设置有容器的检测表面包括专门用于安放所述容器的凹槽(recess)，依据凹槽在托盘上的位置，所述凹槽的每一者的底部相对于所述托盘的总体平面具有确定的倾斜度，以获得相对于光学系统的所需的纠正结果。

该特征很好地解决了光学像差现象。

优选地，其上设置至少一个容器的检测表面用于为每个容器提供相对于光学系统的倾斜度。

最后，有利地，本发明所述的培育和检测设备的光学系统包括校准系统，其包括用于清洁和/或替换的可拆卸元件。

实际上，在获取图像时，为检测和调整白色等级，线性扫描仪的检测系统需要拍摄被称为校准带的、集成到所述检测系统的白色带。

如果校准带被例如灰尘等弄脏了，灰尘会沉积在校准带上，这会导致扫描仪获取的图像质量退化，该图像会有竖直的色线，其妨碍或潜在地延迟了在这些色线上的微生物菌落的检测。

一种预想的解决方案为将整个装置拆卸，以将白色校准带清洁干净。然而，这种解决方案是不符合要求的，因为该方案的实施尤其繁琐、冗长。另一方案为简单地替换整个装置，但这非常昂贵且不环保。

本发明所述的检测设备提供的方案解决了上述问题。

附图说明

参照附图，本发明的进一步特征和优点将通过本发明的非限制性实施例的详细说明阐述清楚，其中，

图1概括地示出了本发明所述的培育和检测设备的透视图。

图2示出了相同检测设备的沿竖直平面的剖视图。

图3a示出了相同检测设备的部分透视图。

图3b示出了图3a所示部分的平面视图。

图3c示出了图3b所示部分沿轴线AA’的剖视图

具体实施方式

参照图1，可见本发明所述的培育和检测微生物的设备。该设备以盒1的形式，设置有抽屉2，仅其前端20可见。

参照图2，本发明所述的培育和检测微生物的设备包括，在盒1中，用于接纳被透明罩封闭的容器的检测表面3，透明罩通常包含Petri盒，所述设备还包含微生物生长培养基，如膜或琼脂培养基。

检测表面3与所述抽屉2相关联，因此，对抽屉2的抽取保证检测表面3装卸工作。

盒1还包括线性扫描仪类型的检测系统4，当抽屉2关闭时，其可移动地安装在上述检测表面3上，其至少可扫描检测表面3的一部分，更优选地，可扫描全部的检测表面3。

容器固定设置在检测表面3上来读取结果。

优选地，若干个容器设置在所述设备1的检测表面3上，可同步检测若干个不同样品中的最终污染物。

这样，包含生长培养基的容器固定设置在检测表面3上，而检测系统4是可移动的，用于检测在所述生长培养基上形成的菌落。这可防止因培养基的移动导致在获得的结果中出现错误。

检测系统4优选地包括至少1个CCD传感器(CCD：电荷耦合设备)或CMOS传感器(CMOS：互补金属氧化物半导体)。

有利地，CCD或CMOS传感器的分辨率高于或等于2400dpi(每英寸点数)。更优选地，分辨率高于或等于4800dpi。

当所述菌落的直径小于或等于100um，甚至小于50um，甚至更优选地小于或等于30um，通过使用高于或等于60的有效倍率，所述分辨率可确保获取容器内琼脂或膜生长培养基上的菌落的图像进而保证检测过程。

优选地，检测系统4按照规律的时间间隔获取图像。

检测系统4的CCD或CMOS传感器关联光学系统，该光学系统包括至少一个照明设备以及至少一个光学器件，如透镜。优选地，光学系统还包括至少一面镜子。

本发明所述的培育和检测设备包括加热装置6，其设置在盒1的上部，位于检测表面3的上方，其包括，非限制性地，与电阻器61相关联的铝板60。加热装置6被设计为保持盒1中期望的培育温度。

本发明所述的培育和检测设备还包括用于防止冷凝形成的系统。事实上，如上所述，冷凝的形成妨碍了对琼脂或膜表面的读取，并且不会获得满足要求的结果。

因此，解决冷凝形成的问题尤为重要，因为其阻碍了对样品的正确读取，并可能影响结果的准确性。

为此，所述用于防止冷凝形成的系统包括冷却装置7，其设置在盒1的下部，位于抽屉2的下方，也即在支撑容器的检测表面的下方。

值得注意的是冷却装置7优选地包括珀尔帖效应(Peltier-effect)热电组件。

所述用于防止冷凝形成的系统进一步包括位于容器上方的第一温度传感器62和设置在检测表面3下方，也即容器下方的第二温度传感器70。

所述用于防止冷凝形成的系统辅以管理装置，其用来收集和分析第一传感器62和第二传感器70采集的数据或信息，控制所述加热装置6和冷却装置7，一方面产生期望的培育温度，另一方面在所述容器的表面上持续施加温度梯度。

用于测量温度的特权装置(privileged means)通过使用热电偶以非接触的方式来检测容器的表面温度。

非常有利地，温度梯度的应用避免了容器的透明罩内表面形成水滴。促进了对琼脂培养基或膜上菌落的生长情况的读取。

在一个有利的实施例中，由用于防止冷凝的系统的装置实施的温度梯度至少为0.10℃。

这意味着施加在所述容器的罩上的，即容器上方的温度比施加在所述容器的底部的，即容器下方的温度高至少0.10℃。

优选地，温度梯度在0.10℃和1℃之间，更优选地，该梯度在0.50℃和1℃之间。

该梯度是最佳的，可防止在容器罩上的形成冷凝。

参照图3a、3b和3c，托盘8构成了用于接纳容器(未示出)的检测表面。

托盘8设计为相对于抽屉2可移动的。抽屉2包括框架21，图2中部分可见，当将抽屉2从盒1中取出时，托盘8通过外部边缘80设置在框架21或其部分上。

托盘8还包括在下侧和边缘的垫片81，其用于与可调限制器10协调作用，例如可调限制器10为螺栓类型，盒1包括抽屉2的下方空间。

操作过程中，在抽屉2关闭期间，垫片81设置为紧靠可调限制器10，并在培育和检测过程中保持这一状态，然后再将托盘8从抽屉2中取出。可调限制器确保托盘8及其支撑容器相对于检测系统4的准确定位，而不考虑抽屉2。

在图3a、3b和3c中，托盘8包括凹槽82，盒中数量可以为12个，用于接收容器(未示出)。

每个凹槽82包括中空的结构以楔入所述容器。

更具体地参照图3c，根据托盘8上的凹槽82的位置，凹槽82的底部83具有相对于托盘8总体平面的特定的倾斜度。因此，中间凹槽82相对于检测装置相对于托盘8移动的XX’轴线，具有平行于所述托盘8总体平面的底部83，而周边凹槽82具有向中心线倾斜的底部83。

以上配置可避免很可能妨碍菌落检测的光学像差。

最后，需要注意的是，如图1所示，本发明所述的培育和检测设备的检测系统，如扫描仪，包括校准系统，其具有可从盒1中取出的特别元件9，优选的，元件9是可拆卸的，便于清洁和/或替换。

与现有技术相比，本发明所述的培育和检测设备具有结构紧凑并且生产简单的优点

本发明还具有可模块化的优点，因为其可用于通过如调节托盘8来处理不同数量的容器，还因为其可堆叠和/或并置若干个盒1，因而不占有重要的空间。

这些优点本质上是因为检测系统的应用及其如何实施。然而，该检测系统不能缺少一些或全部上述特征。

Claims (11)

1.一种无荧光测量的培育和快速检测设备，用于检测待测样品中存在的微生物繁殖所得的菌落，包括：

加热装置(6)；

检测表面，其上固定地设置有至少一个由透明罩封闭的容器，在该容器中放置有菌落形式的微生物生长培养基，所述培养基的类型为膜或琼脂；

检测系统(4)，包括光学系统，允许可视化所述菌落，

其中，所述检测系统还包括防止在所述容器中形成凝结的系统，其包括温度调节装置，所述温度调节装置包括：

在所述容器之上运行的第一温度传感器(62)，

在所述容器之下运行的第二温度传感器(70)，

所述加热装置(6)运行在所述容器之上，

冷却装置(7)，其运行在所述容器之下，以及

管理装置，其用来收集和分析所述传感器采集的信息，控制所述加热装置(6)和冷却装置(7)，一方面产生期望的培育温度，另一方面在所述容器的表面上持续地施加温度梯度。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测系统是线性扫描仪类型的，安装为可移动的和扁平的以扫描全部或部分所述表面，所述检测系统包括至少一个CCD或CMOS传感器，与光学系统关联，所述光学系统包括至少一个照明设备以及至少一个光学器件。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，其包括用于调整所述容器以及生长培养基相对于光学系统的高度的装置。

4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，其包括用于自动更正所述容器的光学系统与所述生长培养基的光学系统之间的距离的装置。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述检测表面包括可滑动安装在所述装置中的抽屉(2)，其从用于接纳所述封闭容器的打开位置传递至关闭位置，在关闭位置所述检测系统扫描所述容器和生长培养基，所述培养基直接设置在所述抽屉(2)内。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述容器通过可拆卸托盘(8)设置在所述抽屉(2)内。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述可拆卸托盘(8)通过垫片(81)设置在周边和下侧，所述垫片(81)被设计为当抽屉(2)处在关闭位置时，与包含在所述设备内部的可调限制器(10)协作，通过抬起去除并保持所述托盘(8)，从而其支撑所述容器与所述光学系统保持合适的距离。

8.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，设置有至少一个容器的所述检测表面用于为每个容器提供相对于光学系统的倾斜度。

9.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述光学系统包括校准系统，其包括用于清洁和/或替换的可拆卸元件(9)。

10.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述温度测量由热电偶装置完成。

11.如权利要求2任一所述的设备，其特征在于，所述光学器件为透镜。

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