基于光譜技術(shù)的微生物生長檢測(cè)研究.pdf

1、微生物廣泛分布于地球表面各處及各種極端的環(huán)境，微生物與微生物之間或與其他生物存在著各式各樣的依存關(guān)系。在自然界當(dāng)中，微生物不僅參與了自然界的C、N、S等元素的循環(huán)，而且在農(nóng)業(yè)中以菌造肥、以菌防病、以菌催長，在工業(yè)中制造皮革、處理廢水、降解有機(jī)磷和有毒物質(zhì)，在發(fā)酵工程和酶工程上也起著重要的作用。然而少數(shù)有害微生物也對(duì)人類生活造成危害，主要表現(xiàn)為水體中腸道致病菌和非腸源性的微生物的污染，食品的收獲、運(yùn)輸、加工和貯藏過程微生物入侵，以及臨床醫(yī)

2、學(xué)中介入性治療引起的微生物感染造成的危害等。因此，研究微生物在不同環(huán)境的生長有助于了解微生物的屬性，從而充分利用微生物的有益作用為人類造福，同時(shí)超快診斷有害微生物并設(shè)法消除有害微生物給人類帶來的危害來提供有益的幫助。
　　目前，微生物生長檢測(cè)方法可以分為兩大類:侵入式測(cè)量和非侵入式測(cè)量。早期以侵入式測(cè)量方式為主，包括:稱干重法、菌絲長度測(cè)量法、體積測(cè)量法、微生物計(jì)數(shù)法、生理指標(biāo)法等。但是由于操作者需要學(xué)習(xí)使用顯微鏡、梯度稀釋菌液、

3、菌液涂布、離心、酸堿滴定、配制溶液等專業(yè)技術(shù)，并且工作量大，操作耗時(shí)長，獲取的采樣點(diǎn)少，侵入式操作導(dǎo)致的雜菌干擾、培養(yǎng)基含量減少等因素，微生物生長檢測(cè)結(jié)果往往不夠精確而且效率低下，所以該類檢測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)快速、精確自動(dòng)化分析微生物生長。
　　微生物的生長伴隨著一系列與生長量相平行的生理指標(biāo)也發(fā)生變化，其中可用于快速生長測(cè)定主要包括:RNA，DNA，P，ATP，乙酰等含量以及產(chǎn)熱，黏度，產(chǎn)酸，產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w（用標(biāo)記葡萄糖做基質(zhì)），耗

4、氧，透光度等指標(biāo)。這些物質(zhì)也是構(gòu)成當(dāng)前非侵入式微生物測(cè)量方法的基本依據(jù)。近年來，可用于分析這些生物指標(biāo)的微生物傳感器陸續(xù)被研究者提出，通過反演這些生物指標(biāo)的變化可以獲取微生物的生長狀態(tài)，也是尋求一種非侵入式、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、快速、自動(dòng)化的微生物生長檢測(cè)方法的主流。
　　二氧化碳作為微生物生長代謝的產(chǎn)物之一，其變化量能實(shí)時(shí)快速反映微生物的生長情況。目前，基于二氧化碳的檢測(cè)方案已經(jīng)快速應(yīng)用于微生物生長曲線測(cè)量。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)(T

5、DLAS)作為一種響應(yīng)時(shí)間快、高靈敏度、選擇性強(qiáng)、高分辨率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非侵入式的痕量氣體檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于大氣檢測(cè)、工廠排放等領(lǐng)域，而波長調(diào)制技術(shù)作為一種可調(diào)諧半導(dǎo)體光譜技術(shù)，通過對(duì)入射的激光波長進(jìn)行調(diào)制來壓制背景噪聲信號(hào)，將檢測(cè)的靈敏度提高二個(gè)數(shù)量級(jí)，進(jìn)而探測(cè)更低的氣體濃度。
　　本文依據(jù)波長調(diào)制光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，研究了一種在封閉空間內(nèi)、有限有機(jī)物條件下的微生物生長曲線測(cè)量方法，獲得了一種非侵入式、響應(yīng)時(shí)間快、高靈敏度、高分

6、辨率等優(yōu)勢(shì)的微生物曲線測(cè)量方法，并將該微生物生長曲線測(cè)量方法應(yīng)用于不同溫度條件下的微生物生長測(cè)量，同時(shí)對(duì)測(cè)量曲線進(jìn)行擬合，獲取了微生物在不同培養(yǎng)條件下的生長參量以及微生物生長與環(huán)境因素的關(guān)系，同時(shí)提出了一種波長調(diào)制光譜技術(shù)測(cè)量的壓力補(bǔ)償方案，克服了測(cè)量過程中壓力變化帶來的測(cè)量誤差，最后將該研究方法應(yīng)用于血培養(yǎng)檢測(cè)。與現(xiàn)有儀器相比較，利用基于波長調(diào)制光譜技術(shù)的血培養(yǎng)系統(tǒng)測(cè)厭氧培養(yǎng)瓶的陽性報(bào)警結(jié)果與現(xiàn)有儀器結(jié)果吻合程度很好，需氧、兼性厭氧培