一種用于微生物高通量培養(yǎng)及其大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于微生物高通量培養(yǎng)及其大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化儀器，將透射光路和后向散光路結(jié)合在一起，二者共用一個光源(發(fā)光二極管)，透射光路的光信號接收器(光電二極管)設(shè)置在光源正對方向，后向散射光路的光信號接收器(光電二極管)設(shè)置在光源同側(cè)。檢測的時候光源發(fā)光，兩個信號接收器同時接受光強(qiáng)信號(透射光、后向散射光)，并通過比較二者的光信號之間的關(guān)系，選擇合適的檢測光路來測量菌懸液的濃度，從而準(zhǔn)確得到微生物培養(yǎng)的生長情況。本發(fā)明的濃度檢測裝置使用透射和后向散射光路，構(gòu)成一個雙檢測器的復(fù)合光路，避免了單一檢測方法的不足，特別適合高通量培養(yǎng)時對試管容器進(jìn)行濃度檢測。儀器中的高通量液體攪拌和樣品瓶托盤傳動裝置通過無刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的協(xié)同工作，將液體培養(yǎng)基的攪拌和濃度檢測有機(jī)結(jié)合起來，并做到了全自動化，避免了傳統(tǒng)方法的諸多缺點(diǎn)。
【專利說明】
一種用于微生物高通量培養(yǎng)及其大濃度范圍實(shí)時檢測的自動 化儀器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本技術(shù)屬于微生物實(shí)驗室研究領(lǐng)域，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)微生物高通量培養(yǎng)和大濃度 范圍實(shí)時檢測的自動化儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] 微生物作為地球上一大類生物種群，已經(jīng)涉及到人類生活的方方面面，廣泛用于 食品、藥品、化工原料、生物制品、飼料、農(nóng)藥、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，現(xiàn)在還被用于紡織、制革、石 油開采與發(fā)酵、冶金、高分子化合物等領(lǐng)域。
[0003] 微生物的生長繁殖是其自身的代謝作用在內(nèi)外各種環(huán)境因素相互作用下的綜合 反映，因此，有關(guān)生長繁殖的數(shù)據(jù)可作為研究各種生理、生化和遺傳問題的重要指標(biāo)，進(jìn)而 了解微生物生長繁殖規(guī)律與影響其生長的環(huán)境因素。在微生物的營養(yǎng)、呼吸、物質(zhì)代謝、生 長、繁殖、遺傳與變異、進(jìn)化以及不同微生物之間的關(guān)系等研究中，由于微生物個體很小，研 究它們的個體生長很困難，所以多數(shù)情況下，通過擴(kuò)大培養(yǎng)研究其群體生長。將一定量的微 生物接種在一個封閉的、盛有一定體積液體培養(yǎng)基的容器內(nèi)，保持一定的溫度、pH和溶解氧 量，微生物在其中生長繁殖，結(jié)果出現(xiàn)微生物的數(shù)量由少變多，達(dá)到高峰后又由多變少，甚 至死亡的變化規(guī)律。以微生物數(shù)量的對數(shù)或生長速率為縱坐標(biāo)，以生長時間為橫坐標(biāo)，繪制 成的曲線稱為微生物的繁殖曲線或生長曲線。各種微生物的生長速率不同，每一種微生物 都有各自特有的生長曲線。微生物培養(yǎng)過程中，實(shí)時了解培養(yǎng)微生物生長曲線變化趨勢，可 確定各種微生物的生長規(guī)律，對于科研和生產(chǎn)具有十分重要的意義。
[0004] 測定菌懸液中的微生物數(shù)量一方面可根據(jù)微生物細(xì)胞量、微生物體體積或質(zhì)量來 直接測量，也可以用某種細(xì)胞物質(zhì)的含量或某個代謝活動強(qiáng)度來間接測量。傳統(tǒng)的直接測 量方法有:染色涂片計數(shù)法、血球計數(shù)板計數(shù)法、光密度測量法(分光光度測量法或濁度測 量法）、平皿菌落總數(shù)測定法等。傳統(tǒng)的間接測量方法有:ATP生物發(fā)光法、電阻抗測量法、接 觸酶測量法、DNA定量法等。
[0005] 其中，對于單細(xì)胞微生物的菌懸液菌數(shù)的測量，光密度測量法是相對最方便、快速 并被廣泛使用的一種方法，其原理是:某一波長的光線通過混濁的菌懸液后，光的強(qiáng)度被減 弱，入射光與透射光的強(qiáng)度之比和菌懸液的濃度與厚度相關(guān)，如果菌懸液厚度一定，則光密 度(0D)與菌懸液濃度相關(guān)。因為菌體不透光，在一定范圍內(nèi)，懸液濃度與透光度成反比，與 光密度(0D)成正比，細(xì)胞數(shù)越多，光密度(0D)越大，因此，如果用傳統(tǒng)的分光光度計測定菌 懸液的光密度(0D)，即可測得該菌懸液的濃度。將未知細(xì)胞數(shù)的菌懸液和已知細(xì)胞數(shù)的菌 懸液光密度相比較，可求出未知菌懸液所含的細(xì)胞數(shù)，即分光光度測量法。其中，分光光度 測量法所用的常規(guī)分光光度計、酶標(biāo)儀使用的都是透射光測量法，即發(fā)光二極管和光電二 極管的夾角為180度，發(fā)光二極管的波長一般在600nm左右。這種方法測量的范圍較小，一般 都在1.00D_以內(nèi)，如果菌懸液濃度超出這個范圍，需要對樣品進(jìn)行梯度稀釋。
[0006] 此外，使用濁度儀來測定菌懸液的濃度也是一種常用的光密度測量法，其原理是： 一束平行光在透明液體中傳播，如果液體中無任何懸浮顆粒存在，那么光束在直線傳播時 不會改變方向；若有懸浮顆粒，不管顆粒透明與否，光束在遇到顆粒時就會改變方向，這就 形成散射光，顆粒越多，濁度就越高，光的散射就越強(qiáng)。濁度計發(fā)出光線，光線經(jīng)樣品中顆粒 物質(zhì)散射后，部分散射光進(jìn)入與入射光呈90度的方向上檢測器，檢測器測量散射光的強(qiáng)度， 散射光的強(qiáng)度對應(yīng)樣品中顆粒物質(zhì)的濃度。其中，這種濁度儀通常使用的光路是一個發(fā)光 二極管和一個光電二極管，發(fā)光二極管的波長一般在800-900nm之間，測量瓶的直徑一般為 25mm，而且發(fā)光二極管和光電二極管圍繞樣品管并處于同一水平面上，兩者夾角一般為90 度，這個夾角的濁度測量范圍也有限，所以當(dāng)應(yīng)用于菌懸液的測量時，也存在測量范圍有限 的缺點(diǎn)。
[0007] 實(shí)踐中，光密度測量法需要從培養(yǎng)容器中定時取樣，然后使用分光光度計在特定 波長下檢測溶液的光密度(0D)，不能做到實(shí)時檢測;使用濁度儀測量也需要定時將試管從 培養(yǎng)箱中取出再測量，也不能做到實(shí)時在線檢測。而且由于分光光度計或濁度儀使用單一 的透射光法或90度角散射法進(jìn)行檢測，有效量程有限，一般在0.1-2.0 OD600之間，而絕大多 數(shù)微生物培養(yǎng)到中后期時光密度(0D)或濁度往往都超過了分光光度計或濁度儀的有效量 程(例如在試管中生長得比較快的細(xì)菌，最終〇D_值能超過10)，需要對培養(yǎng)液進(jìn)行梯度稀 釋再檢測，檢測結(jié)果乘以稀釋倍數(shù)得到實(shí)際的光密度(0D)或濁度，最后繪制出微生物生長 時間對應(yīng)光密度(0D)或濁度的生長曲線。
[0008] 在目前培養(yǎng)體系微量化、高通量化的趨勢下，傳統(tǒng)光密度測量法這種離線檢測方 法存在很多弊端，比如:測量菌懸液濃度時需要頻繁取樣，一定程度上破壞了培養(yǎng)體系和培 養(yǎng)環(huán)境的穩(wěn)定性;頻繁取樣增大了污染的可能性;大通量培養(yǎng)時操作性不強(qiáng);無法在培養(yǎng)體 系處于振搖狀態(tài)或有可見光的環(huán)境中進(jìn)行檢測；所得到的檢測結(jié)果都具有時間上的滯后 性，不能實(shí)時反映培養(yǎng)體系的狀態(tài);測量結(jié)果易受有色物質(zhì)、雜質(zhì)等的干擾等。
[0009] 此外，在進(jìn)行微生物培養(yǎng)時，由于大多數(shù)微生物在代謝過程中需要消耗氧氣，排出 二氧化碳等氣體產(chǎn)物，不停的振搖培養(yǎng)液可以加快培養(yǎng)液中的氣體交換，使微生物獲得更 多氧氣，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)均勻分布，也能使微生物一直呈懸浮狀態(tài)，從而讓微生物處于比較適宜 的生長環(huán)境中。傳統(tǒng)方法是將試管、三角瓶等培養(yǎng)容器放在振搖培養(yǎng)箱里，但是由于培養(yǎng)容 器一直處于振搖狀態(tài)，培養(yǎng)容器不容易與濃度檢測探頭整合。
[0010] 目前，一些微生物研究者使用全自動酶標(biāo)儀或類似產(chǎn)品用于高通量微生物培養(yǎng)和 實(shí)時微生物濃度檢測，這類產(chǎn)品的檢測原理類似分光光度計，使用微孔板作為微生物培養(yǎng) 容器，儀器可為微孔板提供恒溫環(huán)境，在培養(yǎng)過程中，儀器能對微孔板進(jìn)行持續(xù)振搖，并定 時檢測每個孔中菌懸液的濃度。但是由于酶標(biāo)儀等類似產(chǎn)品不能達(dá)到理想的振搖效果，而 且微孔板上方只能使用透明密封蓋，不易透氣，極易造成周邊孔和中心孔氧氣交換效率的 不同，微孔中的微生物無法處在較佳的生長環(huán)境中。而且檢測時使用的是透射光測量法，測 量的范圍有限。所以這類產(chǎn)品并不適合微生物的高通量培養(yǎng)和實(shí)時濃度檢測。
[0011]有研究者使用前向散射和后向散射結(jié)合的方法來測量微孔板中菌懸液的濃度，例 如，中國專利申請201080009279、發(fā)明名稱"分析生物樣品的設(shè)備"公開了一種使用前向和 后向散射光法測量微孔板中菌懸液濃度的技術(shù)，該發(fā)明適用于微孔板中菌懸液濃度的定性 測量，從而實(shí)現(xiàn)快速和高通量檢測樣品中是否存在細(xì)菌，并完成分型或抗菌檢驗。由于該發(fā) 明的微孔板蓋和菌懸液液面之間有空氣，微孔板蓋和菌懸液液面之間的高度會影響測量結(jié) 果，同時該方法也存在和酶標(biāo)儀類似的缺點(diǎn)，因此該發(fā)明只能用于培養(yǎng)物的定性檢測，即用 于醫(yī)藥診斷用途，仍然無法解決目前需要的高通量微生物培養(yǎng)和實(shí)時微生物濃度檢測的技 術(shù)需要。
[0012] 有研究者開發(fā)了針對搖瓶培養(yǎng)的非侵入式生物量在線檢測裝置，該裝置使用濁度 測量的方法，采用后向散射光測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)搖瓶培養(yǎng)菌液濃度的在線檢測，可在不中斷培 養(yǎng)設(shè)備的情況下，對搖瓶內(nèi)菌懸液的濃度進(jìn)行檢測。例如，中國專利申請201510551900、發(fā) 明名稱"一種用于搖瓶培養(yǎng)的非侵入式生物量在線檢測裝置"，然而該裝置使用單一的后向 散射光測量，在菌懸液濃度較小時，易受到容器壁反射光的干擾，只適合容積較大的搖瓶， 不適合用于高通量培養(yǎng)常用的試管，而且每一個容器都需加裝一個檢測裝置，這對于高通 量、小型化的培養(yǎng)來說，即增加了設(shè)備成本、增大了系統(tǒng)誤差、在實(shí)施上也有很大難度。
[0013] 中國實(shí)用新型專利201420223505、發(fā)明名稱"培養(yǎng)液的檢測裝置"公開了一種適用 于三角瓶中菌懸液實(shí)時培養(yǎng)的檢測裝置，該裝置通過在待檢培養(yǎng)瓶開口上方同時設(shè)置光發(fā) 射器和光接收器，并在培養(yǎng)液中設(shè)置反光部，從而形成穿過待檢培養(yǎng)液、且不經(jīng)過培養(yǎng)瓶壁 的光路，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)液的實(shí)施檢測，同時避免因培養(yǎng)瓶的厚度不均或培養(yǎng)液體積不固 定而造成結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。然而，雖然該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了實(shí)時檢測微生物濃度的效果，但該發(fā) 明使用的是類似于分光光度計的透射光原理來測量菌懸液濃度，并且需要對于單個培養(yǎng)瓶 均設(shè)置檢測裝置和反光裝置，因此不能實(shí)現(xiàn)高通量高濃度實(shí)時檢測的效果。
[0014] 最近公開的中國專利申請201480033621、發(fā)明名稱"一種能夠檢測容器內(nèi)部樣本 中微生物存在的檢測裝置、系統(tǒng)和方法"公開了一種實(shí)時檢測容器內(nèi)微生物濃度和熒光強(qiáng) 度的裝置，該裝置利用單一后向散射光來檢測微生物濃度，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測的效果。然 而，該裝置利用單一后向散射光測量法，仍然沒有解決試管內(nèi)壁的部分反射光也會進(jìn)入光 電二極管，造成在低濃度時檢測不準(zhǔn)確，同時一個裝置必須依附于單一容器，因此不能實(shí)現(xiàn) 一個裝置同時檢測多個待測容器，從而不能實(shí)現(xiàn)高通量高濃度實(shí)時檢測的效果。
[0015] 趙明富等報道了一種利用光線生物量濃度在線檢測傳感器（《光學(xué)精密工程》， 2007年第15卷第4期），該傳感器的光源選用了 760nm近紅外光。使用一個入射光纖(光源)和 一個接受光纖(檢測器），結(jié)合兩個反射面，達(dá)到測量光吸收和光散射的目的。然而，該傳感 器使用單一光源和單一檢測器，透射光和后向散射光同時由同一個檢測器測量，無法區(qū)分 透射光和散射光信號，并且由于隨著菌懸液濃度的增加，透射光信號在逐漸減弱，而后向散 射光信號在逐漸增強(qiáng)，其檢測最大0D值剛好超過0.4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)微生物培養(yǎng)所能達(dá)到的 濃度，因此不能滿足高通量高濃度菌液的實(shí)施檢測的需要。
[0016] 作為最接近的現(xiàn)有技術(shù)，中國專利申請201010148891、發(fā)明名稱"一種微生物細(xì)胞 懸浮培養(yǎng)的在線觀測系統(tǒng)和方法"公開了使用紅外光實(shí)時檢測容器中懸浮細(xì)胞的濃度的裝 置，其中在培養(yǎng)容器側(cè)壁外側(cè)設(shè)置紅外光源，在底部設(shè)置濁度傳感器，檢測數(shù)據(jù)的輸出端通 過數(shù)據(jù)線與計算機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)微生物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的在線檢測自動化裝置。該發(fā)明的 最終原理和普通濁度儀原理類似，即光源和檢測器之間夾角為90度，檢測其測量入射光90 度方向上的散射光強(qiáng)度。此可見，該發(fā)明本質(zhì)上仍然屬于單一光路濁度測量法，濃度測量范 圍有限，要實(shí)現(xiàn)高通量培養(yǎng)，需要整合另外的振搖設(shè)備，而且沒有實(shí)現(xiàn)單個檢測探頭多樣品 的自動化檢測。
[0017] 此外，中國發(fā)明專利申請201310246480、"非接觸式多通道在線檢測發(fā)酵液的搖床 裝置及測試方法"均公開了利用反射光來實(shí)現(xiàn)多通道實(shí)時檢測培養(yǎng)菌液的裝置，該裝置利 用激光透射光和計算機(jī)處理技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)高通量實(shí)時檢測多個培養(yǎng)微生物的生長。然而，該 方法仍然屬于傳統(tǒng)的透射光檢測技術(shù)，同時需要在每個測試瓶側(cè)設(shè)置激光發(fā)射器和接收 器，在實(shí)現(xiàn)高通量檢測的同時，也造成檢測設(shè)備過多、成本高昂的技術(shù)缺陷。
[0018]此外，在高通量培養(yǎng)時，一次培養(yǎng)的樣品數(shù)量都是幾十個，所以基本上都是使用試 管來培養(yǎng)，如果使用單一的透射光測量法，檢測濃度范圍有限；如果使用單一的后向散射光 測量法，由于試管直徑不大，在低濃度的菌懸液中，除了散射光會進(jìn)入光電二極管，試管內(nèi) 壁的部分反射光也會進(jìn)入光電二極管，造成在低濃度時檢測不準(zhǔn)確；如果使用90度夾角和 后向散射測量法結(jié)合的方法，會增大檢測探頭的復(fù)雜程度，如果要實(shí)現(xiàn)檢測全自動化，機(jī)械 部分也會變得更復(fù)雜。
[0019]綜上，無論是使用分光光度計或濁度計的傳統(tǒng)離線測量方法，還是現(xiàn)有的實(shí)時在 線檢測方法，都無法滿足使用試管類容器高通量培養(yǎng)時進(jìn)行實(shí)時在線測量高濃度菌懸液。 對于高通量、小型化的培養(yǎng)，應(yīng)該力求一個濃度檢測探頭對多個樣品進(jìn)行檢測，盡量減少濃 度檢測探頭數(shù)量，并實(shí)現(xiàn)整個檢測過程的自動化。如果一款設(shè)備既能進(jìn)行高通量微生物培 養(yǎng)，又能進(jìn)行實(shí)時微生物濃度檢測，還能使微生物在理想條件下生長，將大大有利于微生物 研究工作。
[0020] 因此，針對以上問題，目前需要一種能夠同時進(jìn)行高通量微生物培養(yǎng)和實(shí)時微生 物濃度檢測的產(chǎn)品或方法，以實(shí)現(xiàn)微生物濃度檢測的全自動化、高通量、高準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明所要解決的問題在于:在進(jìn)行微生物培養(yǎng)時，由于大多數(shù)微生物在代謝過 程中需要消耗氧氣，排出二氧化碳等氣體產(chǎn)物，不停的振搖培養(yǎng)液可以加快培養(yǎng)液中的氣 體交換，使微生物獲得更多氧氣，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)均勻分布，也能使微生物一直呈懸浮狀態(tài)，從 而讓微生物處于比較適宜的生長環(huán)境中。傳統(tǒng)方法是將試管、三角瓶等培養(yǎng)容器放在振搖 培養(yǎng)箱里，但是由于培養(yǎng)容器一直處于振搖狀態(tài)，培養(yǎng)容器不容易與濃度檢測探頭整合。所 以對于高通量微生物培養(yǎng)和實(shí)時微生物濃度的檢測產(chǎn)品，最好能實(shí)現(xiàn)一個濃度檢測探頭對 多個樣品進(jìn)行檢測，盡量減少濃度檢測探頭數(shù)量，并實(shí)現(xiàn)整個檢測過程的自動化和高通量， 從而避免現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷:或是成本低廉和結(jié)果準(zhǔn)確，但無法實(shí)現(xiàn)高通量檢測;或是實(shí) 現(xiàn)高通量檢測，但成本過于高昂；或是實(shí)現(xiàn)了成本經(jīng)濟(jì)且高通量實(shí)時檢測的目的，但不能滿 足高通量微生物培養(yǎng)的需要。
[0022] 因此，本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有設(shè)備的不足之處，提供一種全自動、高準(zhǔn)確性、 高通量、直觀化的微生物高通量培養(yǎng)及其濃度實(shí)時檢測的自動化儀器。
[0023] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明在傳統(tǒng)單一透射光或單一散射光檢測法的基礎(chǔ) 上，創(chuàng)造性將透射光和后向散射光檢測法結(jié)合起來，使用一個發(fā)光二極管和兩個光電二極 管的組合，優(yōu)化了后向散射檢測中光源和光電二極管的距離，實(shí)現(xiàn)了透射信號和后向散射 信號的聯(lián)合檢測。
[0024]因此，本發(fā)明原理之一在于，本發(fā)明通過將透射光檢測光路和后向散射光檢測光 路組合在同一檢測探頭中，從而完成同時實(shí)現(xiàn)了透射信號和后向散射信號的聯(lián)合檢測。具 體而言，本發(fā)明原理在于將透射光路和后向散光路結(jié)合在一起，二者共用一個光源(發(fā)光二 極管），透射光路的光信號接收器(光電二極管)設(shè)置在光源正對方向，后向散射光路的光信 號接收器(光電二極管)設(shè)置在光源同側(cè)。檢測的時候光源發(fā)光，兩個信號接收器同時接受 光強(qiáng)信號(透射光、后向散射光），并通過比較二者的光信號之間的關(guān)系，選擇合適的檢測光 路來測量菌懸液的濃度，從而準(zhǔn)確得到微生物培養(yǎng)的生長情況。
[0025]本發(fā)明原理之二在于，在傳統(tǒng)磁力攪拌的技術(shù)上，發(fā)明了應(yīng)用于高通量液體攪拌 和樣品瓶托盤傳動的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各個樣品在均一攪拌條件下的高通量培養(yǎng)和單一檢測探 頭對多個樣品的自動檢測，避免了對于單個培養(yǎng)器均需要設(shè)置檢測探頭的缺陷。
[0026]本發(fā)明原理之三在于，結(jié)合精確的溫控和培養(yǎng)容器氣體交換等技術(shù)以及數(shù)據(jù)采 集、分析、輸出軟件，實(shí)現(xiàn)了微生物高通量培養(yǎng)、濃度實(shí)時檢測和數(shù)據(jù)分析的全自動化。
[0027] 因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種大濃度范圍實(shí)時檢測的檢測探頭1，包括： 一個紅外發(fā)光二極管104、第一光電二極管105、第二光電二極管108、U形支架102、玻璃窗 106, 其中，
[0028] 探頭一側(cè)面分別垂直設(shè)有發(fā)光二極管104和第一光電二極管105,發(fā)光二極管104 的對應(yīng)側(cè)面設(shè)有第二光電二極管108,二者中心位于同一水平線上，從而發(fā)光二極管104和 第二光電二極管108形成了透射光檢測光路，而發(fā)光二極管104和第一光電二極管105就形 成了后向散射檢測光路；
[0029] 探頭上端設(shè)有用于固定的U形支架102,該支架包括第一探頭臂103和第二探頭臂 107, 分別固定發(fā)光二極管104和第一光電二極管105,以及第二光電二極管108;
[0030] 在所述發(fā)光二極管104、第一光電二極管105和第二光電二極管108的發(fā)射或接收 端都設(shè)有玻璃窗106,起到保護(hù)作用。
[0031 ]在上述任一的實(shí)施方案中，發(fā)光二極管104和第一光電二極管105的垂直方向上的 中心點(diǎn)距離為6-10mm。在另一具體實(shí)施方案中，所述中心點(diǎn)距離是6、7、8、9mm，其中優(yōu)選是6 或 7mm〇
[0032]在上述任一的實(shí)施方案中，三個玻璃窗106位于紅外發(fā)光二極管104和光電二極管 105(108)的發(fā)射或接收端，主要用途是避免灰塵、劃痕等影響紅外發(fā)光二極管和光電二極 管的性能，使用者在每次使用之前只需用擦鏡紙清潔玻璃窗表面即可確保檢測光路不受雜 質(zhì)影響。
[0033]在上述任一的實(shí)施方案中，所述發(fā)光二極管104為峰值波長范圍在800-1400nm的 紅外發(fā)光二極管，樣品容器為直徑25-35_50mm的圓柱形試管。在一個具體實(shí)施方案中，所述 試管瓶壁為〇.5_3mm，優(yōu)選1、1.5、2、3mm。
[0034] 在上述任一的實(shí)施方案中，該探頭還包括用于將U形支架102固定到濃度檢測探頭 支架305的固定柄101。在一個具體實(shí)施方案中，所述濃度檢測探頭支架305上可以固定一個 或多個濃度檢測探頭1。
[0035] 在上述任一的其他實(shí)施方案中，所述探頭使用透射光檢測的0D值范圍是0-0.8,使 用后向散射光檢測的0D范圍為0.8-15.0、1.2-8.0、3.5-6.5、4.0-5.8、4.5-5.0。在一個具體 的實(shí)施方案中，所述后向散射光檢測0D范圍優(yōu)選是0.8-15.0。
[0036] 本發(fā)明第二目的是提供一種微生物高通量培養(yǎng)和大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化 裝置，包括上述濃度檢測探頭1、高通量液體攪拌裝置、樣品瓶托盤傳動裝置，其中，
[0037] (1)高通量液體攪拌裝置，包括樣品瓶托盤203、磁力攪拌子204、用于承載樣品瓶 的永磁體固定柱205、樣品瓶托盤底座216,其中在樣品瓶托盤底座216上設(shè)置環(huán)形結(jié)構(gòu)的樣 品瓶托盤203,該托盤外邊緣設(shè)置環(huán)形排列的樣品瓶固定孔226,托盤中心端套嵌在設(shè)置固 定柱205上，當(dāng)將磁力攪拌子204放置于樣品瓶中，在永磁體固定柱205的作用下，磁力攪拌 子204在樣品瓶201中恒定攪拌，因此通過多個磁力攪拌子實(shí)現(xiàn)在多個樣品瓶中高通量攪 拌。
[0038]在上述任一的實(shí)施方案中，所述樣品瓶托盤可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置1層或多層，例 如是1-10層，優(yōu)選是1、2、3、4、5或更多，從而形成多層環(huán)形結(jié)構(gòu)的攪拌裝置。在另一實(shí)施方 案中，每層樣品瓶托盤，可以根據(jù)需要設(shè)置1個或多個樣品瓶固定孔，例如是2-48個，優(yōu)選是 4、8、16、24個或者更多。在一個具體實(shí)施方案中，所述多層環(huán)形結(jié)構(gòu)的攪拌裝置，是可自由 組裝拆卸的模塊裝置，從而實(shí)現(xiàn)增加或減少攪拌裝置的多層環(huán)形結(jié)構(gòu)。在另一具體實(shí)施方 案中，所述攪拌裝置還包括樣品瓶托盤支撐柱214、支撐柱固定板212,因此既可以在每層環(huán) 形的樣品瓶托盤底部均設(shè)置一個托盤底座，也可以借助樣品瓶托盤支撐柱和支撐柱固定板 的作用下，只在固定柱底部設(shè)置一個托盤底座。在其他具體的實(shí)施方案中，通過將永磁體 206設(shè)置在固定柱205上，使固定柱成為永磁體，并使其磁場N和S極方向呈水平分布。還在其 他的具體實(shí)施方案中，其中樣品瓶為直徑25-35-50_的圓柱形試管。
[0039] (2)樣品瓶托盤傳動裝置，包括電機(jī)211、電機(jī)固定板2 20，其中電機(jī)通過電機(jī)軸20 7 與永磁體固定柱205相連，并且電機(jī)與永磁體固定柱205、樣品瓶托盤底座216、樣品瓶托盤 203、支撐柱固定板212的圓心設(shè)置位于同一垂直線上，從而電機(jī)驅(qū)動永磁體固定柱205旋 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)而帶動樣品瓶201底部的磁力攪拌子204旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)磁力攪拌子 204攪拌液體培養(yǎng)基。
[0040] 在上述任一的實(shí)施方案中，在電機(jī)固定板220上還設(shè)置步進(jìn)電機(jī)222、大軸承221、 主動齒輪218、從動齒輪217,其中，步進(jìn)電機(jī)222垂直向上設(shè)置在電機(jī)固定板220下方，并通 過步進(jìn)電機(jī)軸219與主動齒輪218向上垂直連接，主動齒輪通過水平方向的從動齒輪217與 樣品瓶托盤底座216連接。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)222帶動主動齒輪218旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)使從動齒輪217旋轉(zhuǎn)， 進(jìn)而帶動樣品瓶托盤底座216以及樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)樣品瓶201繞永磁體固定 柱205中軸以一定角度旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)夾角為兩個相鄰樣品固定孔227之間的夾角。該夾角應(yīng) 當(dāng)保證光路直線透射，可根據(jù)360度與每層的樣品瓶數(shù)量比例來得到適宜的夾角。
[0041] 在上述任一的具體實(shí)施方案中，在電機(jī)固定板220上方設(shè)置環(huán)形大軸承固定座 209,電機(jī)軸207從大軸承固定座209的圓心穿過，在大軸承固定座209上設(shè)置大軸承221，大 軸承221內(nèi)圈嵌套在大軸承固定座209的外邊緣;大軸承套管208嵌套在大軸承221的外圈； 從動齒輪217設(shè)置在大軸承套管208上方，主動齒輪218和從動齒輪217相互咬合;樣品瓶托 盤底座216設(shè)置在大軸承套管208上方;小軸承213內(nèi)圈嵌套在永磁體固定柱頂端229;小軸 承套管215設(shè)置在樣品瓶托盤底座216上方，頂端內(nèi)側(cè)嵌套在小軸承213的外圈；樣品瓶托盤 支撐柱214設(shè)置在兩個樣品瓶托盤203之間;支撐柱固定板212設(shè)置在小軸承套管215和樣品 瓶托盤支撐柱214的頂端。在一個更具體的實(shí)施方案中，所述電機(jī)211是無刷電機(jī)。
[0042]在上述任一的具體實(shí)施方案中，永磁體固定柱205固定在小軸承213的內(nèi)圈上，樣 品瓶托盤203通過樣品瓶托盤底座216、小軸承套管215、支撐柱固定板212被固定在小軸承 213外圈上，這樣永磁體固定柱205和樣品瓶托盤203的旋轉(zhuǎn)互相獨(dú)立，互不影響。
[0043] (3)濃度檢測探頭1通過探頭支架305固定于不銹鋼內(nèi)腔底部和頂部離不銹鋼內(nèi)腔 邊緣位置，并使?jié)舛葯z測探頭1的透射光路正好穿過樣品瓶201的垂直中軸線，樣品瓶托盤 203旋轉(zhuǎn)時，樣品瓶托盤203上的樣品瓶201剛好能從探頭左臂103和探頭右臂107之間穿過。
[0044] 在上述任一的實(shí)施方案中，在濃度檢測探頭1中，所述U形支架102內(nèi)側(cè)間距恰好能 容下一定直徑的樣品瓶201從中間垂直穿過，U形支架102內(nèi)側(cè)間距大于樣品瓶201外徑不超 過1毫米。所述樣品瓶201停止在U形支架102內(nèi)時，紅外發(fā)光二極管104和其正對的光電二極 管(右）1〇8的中軸連線正好和樣品瓶201的直徑重合。
[0045] 本發(fā)明第三目的是提供一種微生物高通量培養(yǎng)和大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化 溫控裝置，包括上述濃度檢測探頭1、高通量液體攪拌裝置、樣品瓶托盤傳動裝置的溫度控 制裝置3,其中，
[0046] 所述溫度控制裝置3包括用于環(huán)繞或密封上述攪拌裝置和傳動裝置等的不銹鋼內(nèi) 腔302、電加熱板301、銅管303、保溫層304、冷卻水循環(huán)機(jī)501。其中電加熱板301貼在不銹鋼 內(nèi)腔302的上、下外表面和前門311內(nèi)側(cè)；銅管303包裹不銹鋼內(nèi)腔302的左、右和后側(cè)外表 面;在電加熱板301和銅管303的外側(cè)包裹保溫層304;銅管入水口 309和出水口 310通向保溫 層304外面，和冷卻水循環(huán)機(jī)501連接。
[0047]在上述任一的實(shí)施方案中，在溫度控制裝置3中，當(dāng)需要溫度控制在室溫+5-70攝 氏度時，使用不銹鋼內(nèi)腔302的上、下外表面和前門311內(nèi)側(cè)的電加熱板301加熱；當(dāng)需要溫 度控制在10-室溫+5攝氏度時，使用冷卻水循環(huán)機(jī)501向銅管303中通入冷卻液來保持不銹 鋼內(nèi)腔302低溫。
[0048] 在上述任一的實(shí)施方案中，所述自動化裝置還包括樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4,包 括帶孔樣品瓶蓋403、疏水透氣膜401、帶孔硅膠墊402。其中帶孔樣品瓶蓋內(nèi)403從里到外分 別加裝直徑和樣品瓶瓶蓋內(nèi)徑相同的圓形疏水透氣膜401和帶孔硅膠墊402。
[0049] 在上述任一的具體實(shí)施方案中，在樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4中，疏水透氣膜401 孔徑不超過〇 .45微米，氧氣、二氧化碳等氣體能自由透過，而水蒸氣和微生物不容易透過。 帶孔的硅膠墊片402可根據(jù)需要的透氣速度來選取孔徑的大小。
[0050] 上述任一的實(shí)施方案中，其中濃度檢測探頭1、高通量液體攪拌和樣品瓶托盤傳動 裝置2和溫度控制裝置3通過軟件控制。該軟件安裝在電腦506上，電腦506通過RS232通訊線 505和儀器主機(jī)504相連。軟件上可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
[0051 ] 1)設(shè)置培養(yǎng)箱的目標(biāo)溫度；
[0052] 2)設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0053] 3)設(shè)置濃度檢測探頭檢測間隔時間；
[0054] 4)獨(dú)立實(shí)時顯不每個樣品濃度對應(yīng)時間的曲線，每個樣品具有獨(dú)立的顯不窗口；
[0055] 5)實(shí)時顯示溫度對應(yīng)時間的變化曲線；
[0056] 6)對多條濃度對應(yīng)時間的曲線進(jìn)行對比；
[0057] 7)針對不同濃度單位，具有自動校準(zhǔn)功能；
[0058] 8)可對每個樣品進(jìn)行標(biāo)注；
[0059] 9)設(shè)置目標(biāo)濃度值，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)濃度值后，會有提示；
[0060] 10)針對每次檢測的樣品數(shù)量，可按樣品放置位置選擇相應(yīng)的曲線顯示窗口；
[0061] 11)檢測結(jié)果輸出功能，可以將檢測結(jié)果輸出成Excel表格，每個檢測結(jié)果的數(shù)值、 單位、時間等信息都記錄在表格里。
[0062] 在一個實(shí)施方案中，該軟件還可以根據(jù)待測微生物濃度范圍，選擇合適的透射或 后向散射的檢測模式，并進(jìn)行自動校準(zhǔn)。
[0063] 本發(fā)明第四個目的是提供一種利用上述任一裝置來進(jìn)行微生物高通量培養(yǎng)和大 濃度范圍實(shí)時檢測的方法，步驟包括：
[0064] (1)溫度控制:溫度控制裝置3提前使不銹鋼內(nèi)腔302的溫度維持在微生物培養(yǎng)需 要的水平，然后將待測樣品、無菌液體培養(yǎng)基和無菌磁力攪拌子204加到樣品瓶201中，蓋上 樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4,置于樣品瓶固定孔227中；
[0065] (2)攪拌培養(yǎng):通過電機(jī)211帶動永磁體固定柱205旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場帶動樣品 瓶201中的磁力攪拌子204旋轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)微生物在液體培養(yǎng)基攪拌中生長繁殖；
[0066] (3)濃度檢測：步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)一定角度，濃度檢測探頭1檢 測第一組樣品濃度;檢測完畢后，步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)一定角度，第二組樣 品進(jìn)入濃度檢測探頭1并開始檢測;檢測完畢后，步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 一定角度，第三組樣品進(jìn)入濃度檢測探頭1并開始檢測;這樣濃度檢測探頭1和步進(jìn)電機(jī)222 交替工作，直到最后一組樣品檢測完畢，步進(jìn)電機(jī)停止工作。
[0067] (4)重復(fù)檢測：以一定時間為間隔，依次不斷重復(fù)步驟(3)，這樣電機(jī)211、步進(jìn)電機(jī) 222和濃度檢測探頭1三者協(xié)同工作，在微生物培養(yǎng)過程中實(shí)時檢測濃度變化，直至實(shí)驗結(jié) 束。
[0068]在上述任一的實(shí)施方案中，所述發(fā)光二極管104為峰值波長范圍在800-1400nm的 紅外發(fā)光二極管，樣品容器為直徑25-35_50mm的圓柱形試管。在一個具體實(shí)施方案中，所述 試管瓶壁為〇.5_3mm，優(yōu)選1、1.5、2、3mm。
[0069] 在上述任一的實(shí)施方案中，在測量樣品瓶201中菌懸液濃度時，發(fā)光二極管104發(fā) 光，光通過玻璃窗106和樣品瓶201的側(cè)壁進(jìn)入菌懸液202,部分光被菌懸液202中微生物顆 粒吸收或散射，未被吸收或散射的光進(jìn)入第二光電二極管108,部分散射光進(jìn)入第一光電二 極管105,兩個光電二極管將接受到微弱的光信號轉(zhuǎn)化成微弱的電信號，微弱的電信號經(jīng)放 大電路放大為可容易識別的電信號。使用單片機(jī)根據(jù)兩種二極管所檢測到的信號大小，并 對照內(nèi)置校準(zhǔn)曲線，得出菌懸液濃度值，再根據(jù)設(shè)定的濃度界限自動選擇有效的濃度值。在 一個具體實(shí)施方案中，可以通過軟件根據(jù)待測微生物濃度范圍，選擇合適的透射或后向散 射的檢測模式，并進(jìn)行自動校準(zhǔn)。
[0070] 在上述任一的實(shí)施方案中，在高通量液體攪拌和樣品托盤傳動裝置2中，永磁體 206的中心點(diǎn)和磁力攪拌子204的中心點(diǎn)處于同一水平面上，樣品瓶201底部的磁力攪拌子 204長度小于樣品瓶201的內(nèi)徑，相差小于或等于2毫米，當(dāng)永磁體206處于圓心，樣品瓶201 呈圓形均勻分布時，所有樣品瓶201底部的磁力攪拌子204受到的磁場作用力相同，永磁體 206旋轉(zhuǎn)時，磁力攪拌子204由于受到樣品瓶201的約束，會在永磁體206的旋轉(zhuǎn)磁場的作用 下水平旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到攪拌液體培養(yǎng)基202的目的。在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，永磁體206旋轉(zhuǎn)速度 越快，磁力攪拌子204也旋轉(zhuǎn)越快，液體培養(yǎng)基202攪動越劇烈，液體與液體上面的氣體交換 速度也越快，越有利于好氧微生物的生長。所述裝置將樣品攪拌功能和檢測功能整合在一 起，每一個樣品瓶托盤203,只需一組濃度檢測探頭1，即可實(shí)現(xiàn)幾個至幾十個樣品瓶201的 培養(yǎng)和濃度檢測過程全自動化，而且只需增加樣品瓶托盤203和濃度檢測探頭1數(shù)量，即可 對培養(yǎng)通量進(jìn)行擴(kuò)展。
[0071] 在上述任一的實(shí)施方案中，所述溫控裝置4采用三面冷卻和三面加熱的方式來控 制不銹鋼內(nèi)腔302的溫度。在不銹鋼內(nèi)腔302的上、下和前門311三個外表面采用電加熱板 301來控制室溫+5攝氏度以上的目標(biāo)溫度，在不銹鋼內(nèi)腔302左、右和后方三面包裹銅管 303,銅管303連接冷卻水循環(huán)機(jī)501，冷卻水循環(huán)機(jī)501將一定溫度的冷卻液栗進(jìn)銅管303， 使得不銹鋼內(nèi)腔302溫度能低于室溫+5攝氏度。
[0072] 還在上述任一的實(shí)施方案中，樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4是能加快樣品瓶201內(nèi)外 氣體交換的上蓋。上蓋從外至里由帶孔的樣品瓶蓋403、疏水透氣膜401和帶孔硅膠墊片402 組成。疏水透氣膜401的孔徑不超過0.45微米，氧氣、二氧化碳等氣體能自由透過，而水蒸氣 和微生物不容易透過。帶孔硅膠墊片402具有密封的作用，避免交叉污染，孔徑大小可以決 定透氣的速度。
[0073] 在上述任一的實(shí)施方案中，所述透射光檢測和后向散射檢測方法的檢測波長為 850nm，所述探頭使用透射光檢測的OD600值范圍是〇-〇.8，使用后向散射光檢測的00 6〇()范圍 為0.8-15.0、1.2-8.0、3.5-6.5、4.0-5.8、4.5-5.0。在一個具體的實(shí)施方案中，所述后向散 射光檢測〇D 6QQ范圍優(yōu)選是0.8-15.0。結(jié)合透射光測量法(0D_值范圍0-0.8)，因此，本發(fā)明 可以在0-15OD600范圍內(nèi)得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
[0074] 術(shù)語和定義
[0075] 術(shù)語"分光光度法"指，通過測定被測物質(zhì)在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸 收度，對該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。不同種類的分光光度計的基本原理相似，都是利用一 個可以產(chǎn)生多個波長的光源，通過系列分光裝置，從而產(chǎn)生特定波長的光源。光源透過測試 的樣品后部分光源被吸收，通過測量樣品的吸光值，經(jīng)過計算可以轉(zhuǎn)化成樣品的濃度。樣品 的吸光值與樣品的濃度成正比。
[0076] 術(shù)語"分光光度計"指利用上述分光光度法進(jìn)行測量樣品的儀器。普通分光光度計 按照波長及應(yīng)用領(lǐng)域的不同可以分為：
[0077] 可見光分光光度計，測定波長范圍為400_760nm的可見光區(qū)；
[0078]紫外分光光度計，測定波長范圍為200-400nm的紫外光區(qū)；
[0079]紅外分光光度計，測定波長范圍為大于760nm的紅外光區(qū)；
[0080] 熒光分光光度計，用于掃描液相熒光標(biāo)記物所發(fā)出的熒光光譜；
[0081] 原子吸收分光光度計，光源發(fā)出被測的特征光譜輻射，被經(jīng)過原子化器后的樣品 蒸氣中的待測元素基態(tài)原子所吸收，通過測定特征輻射被吸收的大小來求出被測元素的含 量。
[0082] 分光光度計在生物樣品中的用途主要是：
[0083]核酸的定量:利用260nm的波長可以定量測量溶于緩沖液的寡核苷酸、單鏈、雙鏈 DNA以及RNA的濃度。
[0084]蛋白質(zhì)的定量:這種方法是在280nm波長直接測試蛋白濃度。
[0085]細(xì)菌細(xì)胞密度:細(xì)菌培養(yǎng)過程中，在600nm或其他適宜波長下以未加菌液的培養(yǎng)液 作為空白液，測量培養(yǎng)后的菌懸液濃度。
[0086]術(shù)語"大濃度范圍"：指指所檢測菌懸液濃度范圍包括可檢測低濃度菌懸液和高濃 度菌懸液(OD600值>10)。
[0087]術(shù)語"中心點(diǎn)距離"：指發(fā)光二極管104和第一光電二極管105的垂直方向上的兩個 管徑中心點(diǎn)之間的直線距離。由于光路從發(fā)光二極管104發(fā)出，一方面直向透射到對面的第 二光電二極管108,另一方面在光路中發(fā)生后向散射，并向后斜向進(jìn)入二極管105中。因此， 二極管105只有位于合適的中心點(diǎn)距離范圍內(nèi)，才能充分和有效接收光信號。由此可見，本 發(fā)明雖然以中心點(diǎn)距離表示三個光源發(fā)射器和接收器之間的關(guān)系，但任何其他的表述上述 關(guān)系的相同或等同限定方式，例如通過限定二極管104和108的水平直線與二極管105和108 的斜線之間的夾角限定方式，或是通過限定二極管104和108的水平距離與待測樣品瓶(例 如容積、瓶壁、密度）、光源發(fā)射器/接收器的功率或靈敏度等限定方式，但只要所述三個光 源發(fā)射器和接收器之間位置關(guān)系相同，那么這些其他限定方式均落于本發(fā)明的相同或等同 的保護(hù)范圍。
[0088] 術(shù)語"旋轉(zhuǎn)夾角"：指為兩個相鄰樣品固定孔227之間的夾角，該夾角用于保證樣品 瓶每次旋轉(zhuǎn)固定角度，并保證每次旋轉(zhuǎn)后在檢測時透射光的光路穿過樣品瓶的垂直中軸 線。該夾角應(yīng)當(dāng)保證光路直線透射，可根據(jù)360度與每層的樣品瓶數(shù)量比例來得到適宜的夾 角。例如一層有12個樣品瓶，旋轉(zhuǎn)夾角可以為360/12 = 30度。在本發(fā)明中，當(dāng)設(shè)計為16個樣 品瓶，旋轉(zhuǎn)夾角可以為360/16 = 22.5度。
【附圖說明】：
[0089] 圖1是濃度檢測探頭1側(cè)面示意圖。
[0090] 圖2濃度檢測探頭平行塑料板內(nèi)側(cè)面示意圖。
[0091] 圖3是本發(fā)明的檢測光路平視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0092] 圖4是本發(fā)明的檢測光路俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0093] 圖5是本發(fā)明的高通量液體攪拌和樣品瓶托盤傳動裝置2結(jié)構(gòu)示意圖。
[0094] 圖6是樣品瓶托盤底板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0095]圖7是樣品瓶固定板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0096]圖8是永磁體固定柱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0097]圖9是溫控裝置3結(jié)構(gòu)示意圖。
[0098]圖10是銅管設(shè)計圖。
[0099] 圖11是銅管安裝示意圖（箱體橫切面）。
[0100] 圖12是銅管和電加熱板安裝示意圖（箱體縱切面）。
[0101] 圖13是樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4結(jié)構(gòu)示意圖。
[0102] 圖14是探頭支架相對不銹鋼內(nèi)腔的位置俯視圖。
[0103] 圖15是儀器整體連接方式。
[0104] 圖例說明：
[0105] 1:濃度檢測探頭
[0106] 101:固定柄；102U形支架；103:第一探頭臂；104:發(fā)光二極管；105:第一光電二極 管(左）；106:玻璃窗；107:第二探頭臂；108:第二光電二極管；
[0107] 2:高通量液體攪拌和樣品瓶托盤傳動裝置
[0108] 201:樣品瓶;202:液體培養(yǎng)基；203:樣品瓶托盤;204:磁力攪拌子;205 :永磁體固 定柱;206:永磁體;207:電機(jī)軸;208:大軸承套管；209:大軸承固定座;210:支撐柱;211:電 機(jī);212:支撐柱固定板;213 :小軸承;214:樣品瓶托盤支撐柱;215 :小軸承套管;216:樣品瓶 托盤底座;217:從動齒輪;218:主動齒輪;219:步進(jìn)電機(jī)軸;220:電機(jī)固定板;221:大軸承； 222:步進(jìn)電機(jī);223:底板;224:樣品瓶托盤連接孔;225:樣品瓶托盤底板;226:樣品瓶托盤 固定孔;227:樣品瓶固定孔;228:樣品瓶固定板;229:永磁體固定柱頂端；230:永磁體固定 孔;231:永磁體固定柱頂端；
[0109] 3:溫控裝置
[0110] 301:電加熱板;302:不銹鋼內(nèi)腔;303:銅管;304:保溫層;305:濃度檢測探頭支架； 306:承重板;307:支撐柱;308:集成電路板;309:銅管入水口； 310:銅管出水口； 311:前門；
[0111] 4:樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置
[0112] 401 :疏水透氣膜;402:帶孔硅膠墊片;403:帶孔樣品瓶蓋；
[0113] 5:儀器整體連接方式
[0114] 501:冷卻水循環(huán)機(jī);502:冷卻水循環(huán)機(jī)出水管;503:冷卻水循環(huán)機(jī)入水管;504:儀 器主機(jī);505:RS232通訊線；506:電腦;507:RS485通訊線
[0115] 技術(shù)效果：
[0116] (1)本發(fā)明的濃度檢測裝置使用透射和后向散射光路，構(gòu)成一個雙檢測器的復(fù)合 光路，避免了單一檢測方法的不足，特別適合高通量培養(yǎng)時對試管容器進(jìn)行濃度檢測。
[0117] (2)儀器中的高通量液體攪拌和樣品瓶托盤傳動裝置通過無刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的 協(xié)同工作，將液體培養(yǎng)基的攪拌和濃度檢測有機(jī)結(jié)合起來，并做到了全自動化，避免了傳統(tǒng) 方法的諸多缺點(diǎn)。
[0118] (3)儀器中的溫度控制裝置采用不銹鋼內(nèi)腔外表面加裝電加熱板和銅管并結(jié)合冷 卻水循環(huán)機(jī)的方式對不銹鋼內(nèi)腔進(jìn)行控溫。由于低溫微生物培養(yǎng)只占少部分，所以如果進(jìn) 行低溫培養(yǎng)，只需外接一個實(shí)驗室常用的冷卻水循環(huán)機(jī)即可，而無需在自動化儀器內(nèi)部加 裝壓縮機(jī)等制冷設(shè)備，降低儀器成本。
[0119] (4)所述自動化儀器中的樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4使用疏水透氣膜和帶孔硅膠 墊組合，既能使樣品瓶內(nèi)外的氣體自由交換，為微生物生長提供氧氣，也能避免樣品瓶內(nèi)的 液體過度蒸發(fā)，使微生物處在適宜的生長環(huán)境中。
[0120] (5)本自動化儀器通過新穎的設(shè)計，使用復(fù)合光路檢測探頭，結(jié)合高通量液體攪 拌、樣品傳動、溫控和樣品瓶氣體交換等技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集、分析、輸出軟件，實(shí)現(xiàn)了微生物 高通量培養(yǎng)、濃度實(shí)時檢測和數(shù)據(jù)分析的全自動化。解決了目前微生物研究中高通量、實(shí)時 濃度檢測、液體攪拌、大范圍溫度控制不能兼容的難題。大大減輕了操作人員的工作強(qiáng)度， 為微生物的研究提供了一種非常高效率的工具。
[0121] (6)在濃度檢測探頭1中，通過使用透射和后向散射光路，構(gòu)成一個雙檢測器的復(fù) 合光路，同時使用單片機(jī)控制，按照設(shè)定的濃度界限（可以是對應(yīng)的電壓值或其它相對值） 自動選擇適用的濃度檢測方法，提高檢測探頭在較大濃度范圍內(nèi)的檢測能力。所述光路結(jié) 構(gòu)的工作由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路控制，紅外光發(fā)射電路采用專用的恒流源芯 片控制，既能保證紅外發(fā)光二極管的使用安全和使用壽命，同時也能保證發(fā)射的紅外光功 率穩(wěn)定。紅外光發(fā)射電路有發(fā)光二極管保護(hù)功能，電源接反或者電流過大時，發(fā)光二極管都 能得到有效保護(hù)。紅外光接收電路采用高端運(yùn)放芯片，搭建高倍數(shù)低噪聲跨阻放大電路，可 以將極其微弱的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。同時電路中運(yùn)用電源解耦、模擬濾波、以及同軸電纜 傳輸信號等技術(shù)，確保信號的信噪比和電路抗干擾能力。
【具體實(shí)施方式】：
[0122] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。但以下所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí) 施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0123] 如圖1-4所示，濃度檢測探頭的結(jié)構(gòu)和光路示意圖。其中，發(fā)光二極管104為峰值波 長范圍在800-1400nm的紅外發(fā)光二極管，第一光電二極管105和第二光電二極管108使用高 靈敏度、高穩(wěn)定性、高線性并且峰值靈敏度波長在發(fā)光二極管104峰值波長范圍內(nèi)的光電二 極管，型號相同。發(fā)光二極管104和第二光電二極管108的中心連線處在同一水平線上，發(fā)光 二極管104和第一光電二極管105處在同一垂直線上，兩個二極管中心點(diǎn)的距離為6mm。這樣 發(fā)光二極管104和第二光電二極管108就形成了透射光檢測光路;發(fā)光二極管104和第一光 電二極管105就形成了后向散射檢測光路。
[0124] 第一探頭臂103和第二探頭臂107的寬、高一致，寬度不超過15mm，高度至少大于 90mm。第一探頭臂103和第二探頭臂107的間距為36mm，便于外徑為35mm的樣品瓶201能水平 通過兩個平板之間的間隙。在U形支架上方安裝光電開關(guān)，結(jié)合樣品托盤上的擋片，可以控 制步進(jìn)電機(jī)222的轉(zhuǎn)停。濃度檢測探頭1通過固定柄101固定在濃度檢測探頭支架305上，濃 度檢測探頭1和光電開關(guān)的電路穿過固定柄101和探頭支架305與集成電路板308相連。
[0125] 如圖9和3-4所示，探頭支架305固定于不銹鋼內(nèi)腔底部和頂部靠近不銹鋼內(nèi)腔邊 緣位置，濃度檢測探頭1固定在探頭支架305上，使?jié)舛葯z測探頭1的透射光路恰好和樣品瓶 托盤203的直徑重合，樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)時，樣品瓶托盤203上的樣品瓶201剛好能從第一 探頭臂103和第二探頭臂107之間穿過。
[0126] 濃度檢測探頭1在測量樣品瓶201內(nèi)樣品濃度時，發(fā)光二極管104按照調(diào)制頻率發(fā) 光，第二光電二極管108和第一光電二極管105分別接收透射光和后向散射光信號，并經(jīng)過 前置放大電路、濾波電路、解調(diào)電路輸出直流信號，輸入單片機(jī)按照濃度檢測原理計算濃 度。如果透射光的測量結(jié)果小于或等于0.80D 6QQ，則系統(tǒng)默認(rèn)透射法的測量結(jié)果為有效；如 果散射光的測量結(jié)果大于〇. 80D6QQ，則由系統(tǒng)默認(rèn)散射法的測量結(jié)果為有效，散射法的測量 最大范圍可超過15.0OD600。
[0127] 如圖5-8所示，儀器主體部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由濃度檢測探頭、高通量液體攪拌和樣 品瓶托盤傳動裝置和控制電路組成，其中，
[0128] 樣品瓶托盤底板225為環(huán)形金屬板，中心有直徑80mm的孔。樣品瓶固定板228上呈 圓形分布有16個直徑35.5mm的樣品瓶固定孔226，每個孔之間的夾角為22.5度。樣品瓶托盤 底板225和樣品瓶固定板228通過上面的樣品瓶托盤連接孔224固定在一起，并使兩者之間 間隔20mm。這樣樣品瓶201即可穩(wěn)固的放置在上面，即每一層可以放置16個樣品瓶201，每個 樣品瓶201內(nèi)放置長度為30mm的磁力攪拌子204。通過增加樣品瓶托盤203和永磁體固定柱 205上的永磁體206的數(shù)量，可以增加整個支架的樣品瓶201容量。適用于三層樣品瓶托盤 203的永磁體固定柱205結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。永磁體固定孔230之間的距離為110mm。無刷 電機(jī)211帶動永磁體固定柱205旋轉(zhuǎn)，永磁體206旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)而帶動磁力攪拌子 204旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)磁力攪拌子204攪拌液體培養(yǎng)基。控制電機(jī)211的轉(zhuǎn)速，可以控制磁力攪 拌子204的攪拌速度。步進(jìn)電機(jī)222帶動主動齒輪218旋轉(zhuǎn)，主動齒輪218帶動從動齒輪217旋 轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動大軸承套管208、樣品瓶托盤底座216、樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)樣品瓶 201繞永磁體固定柱205中軸旋22.5度。永磁體固定柱205固定在小軸承213的內(nèi)圈上，樣品 瓶托盤203通過樣品瓶托盤底座216、小軸承套管215、支撐柱固定板212被固定在小軸承213 外圈上，這樣永磁體固定柱205和樣品瓶托盤203的旋轉(zhuǎn)互相獨(dú)立，互不影響。
[0129]如圖9-12所示，在溫度控制裝置中，培養(yǎng)箱內(nèi)腔為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)部尺寸（長X寬 X高）為370mmX 370mm X 420mm，頂端、底端和前門三個外表面分別加裝功率為200W的加熱 電阻絲，左側(cè)、右側(cè)和后側(cè)三面包裹銅管，并使銅管進(jìn)水口和出水口位于后側(cè)。進(jìn)水口和出 水口分別和冷卻水循環(huán)機(jī)的出水口和進(jìn)水口相連。當(dāng)微生物培養(yǎng)所需溫度在室溫+5-70攝 氏度范圍時，通過不銹鋼內(nèi)腔三面的加熱電阻絲對箱體進(jìn)行控溫，當(dāng)所需溫度低于室溫+5 攝氏度時，使用冷卻水循環(huán)機(jī)為箱體提供冷卻液來控制箱體溫度。
[0130]如圖13和3所示，在樣品瓶及其內(nèi)外氣體交換裝置中，樣品瓶201瓶身為圓柱形，外 徑35mm，內(nèi)徑32mm，高85mm，容積約為50mL，帶螺口，材質(zhì)為石英玻璃。在樣品瓶201上加裝耐 高壓滅菌的塑料樣品瓶蓋403,樣品瓶蓋403頂部有直徑lcm的圓孔，樣品瓶蓋403內(nèi)側(cè)從上 到下分別墊疏水透氣膜401和帶孔硅膠墊片402。疏水透氣膜401孔徑不超過0.45微米，氧 氣、二氧化碳等氣體能自由透過，而水蒸氣和微生物不容易透過。帶孔硅膠墊片402可根據(jù) 需要的透氣速度來選取孔徑的大小。
[0131] 如圖14所示，探頭支架305固定于不銹鋼內(nèi)腔底部和頂部靠近不銹鋼內(nèi)腔邊緣位 置，并使?jié)舛葯z測探頭1的透射光路正好穿過樣品瓶201的垂直中軸線，樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn) 時，樣品瓶托盤203上的樣品瓶201剛好能從探頭左臂103和探頭右臂107之間穿過。
[0132] 如圖15所示，高通量微生物生長分析系統(tǒng)整體連接方式中，儀器主機(jī)504相連通過 RS232通訊線505和電腦506相連。儀器主機(jī)504通過進(jìn)水管57和出水管58和冷卻水循環(huán)機(jī)56 連接，并通過數(shù)據(jù)線62連接兩者，以RS485通信協(xié)議通信。
[0133] 實(shí)施例一:利用上述任一裝置來進(jìn)行微生物高通量培養(yǎng)和濃度實(shí)時檢測的方法
[0134] 步驟包括：
[0135] (1)確定培養(yǎng)箱的溫度，即微生物的生長溫度，從而確定使用冷卻水循環(huán)機(jī)還是使 用電加熱板控溫。提前在電腦的軟件上設(shè)置培養(yǎng)箱的溫度、樣品信息、培養(yǎng)時間、濃度檢測 間隔時間、無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。參數(shù)設(shè)置好以后，培養(yǎng)箱開始加熱或冷卻，以到達(dá)預(yù)設(shè) 的溫度。
[0136] (2)向滅過菌的樣品瓶中加入液體培養(yǎng)基、滅過菌的磁力攪拌子和待培養(yǎng)的微生 物菌株，蓋上裝有透氣膜和硅膠墊片的樣品蓋，并對每個樣品進(jìn)行編號。
[0137] (3)待培養(yǎng)箱溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，將樣品瓶依次放到樣品瓶固定孔中，樣品瓶中 的磁力攪拌子開始轉(zhuǎn)動，帶動液體呈渦旋流動。步進(jìn)電機(jī)帶動樣品托盤自動旋轉(zhuǎn)，到達(dá)起點(diǎn) 位置，樣品瓶位于濃度檢測探頭正中。然后在電腦的軟件上啟動檢測功能。
[0138] (4)在整個培養(yǎng)過程中，無刷電機(jī)持續(xù)工作，微生物在樣品瓶中生長繁殖，當(dāng)培養(yǎng) 持續(xù)一個檢測間隔時間后，濃度檢測探頭測量樣品瓶中樣品的濃度，測量數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在 電腦軟件中。測量完一個樣品一秒鐘后，步進(jìn)電機(jī)帶動整個樣品托盤轉(zhuǎn)動22.5度角，下一個 樣品瓶剛好進(jìn)入濃度檢測探頭，并居中。一秒鐘后，濃度檢測探頭測量樣品瓶中樣品的濃 度，測量數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在電腦軟件中。測量完一秒鐘后，步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)工作，帶動整個樣品 托盤轉(zhuǎn)動22.5度角。這樣16次檢測后，步進(jìn)電機(jī)和濃度檢測探頭停止工作，直到下一個檢測 周期開始。這樣16次檢測后，每個樣品都產(chǎn)生了一個數(shù)據(jù)，下一個檢測周期，每個樣品又產(chǎn) 生一個數(shù)據(jù)，就這樣不斷重復(fù)，直到培養(yǎng)時間截止后，系統(tǒng)停止工作，每個樣品產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 會形成該樣品對應(yīng)時間的生長曲線。這些單個數(shù)據(jù)或整個曲線可以進(jìn)行后期分析。
[0139]實(shí)施例二:發(fā)光二極管和光電二極管的不同垂直距離對測量范圍的影響 [0? 40] 按照實(shí)施例一的方法，針對培養(yǎng)2 - 9 6小時的釀酒酵母（S a c c h a r 〇 my c e s cerevisiae)，當(dāng)發(fā)光二極管和光電二極管在同一垂直面平行安裝，分別實(shí)時測試以下不同 中心點(diǎn)距離對測量范圍的影響，所有在波長850nm下的測定值通對照的分光光度法測得的 0D6QQ法進(jìn)行校正，并相應(yīng)換算成0D6QQ值范圍。
[0141]
[0142] 由此可見，當(dāng)中心點(diǎn)距離為6_時，使用后向散射光測量菌懸液濃度能達(dá)到較大范 圍，結(jié)合透射光測量法(OD600值范圍〇-〇.8)，可以在〇-1500 6〇()范圍內(nèi)得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。 隨著距離增大，測量的線性范圍會急劇縮小，不適合大范圍內(nèi)菌懸液的濃度檢測。
【主權(quán)項】
1. 一種用于微生物大濃度范圍實(shí)時檢測的檢測探頭I，包括:紅外發(fā)光二極管104、第一 光電二極管105、第二光電二極管108、U形支架102,其中， 探頭一側(cè)面分別垂直設(shè)有發(fā)光二極管104和第一光電二極管105,發(fā)光二極管104的對 應(yīng)側(cè)面設(shè)有第二光電二極管108,二者中心位于同一水平線上，從而發(fā)光二極管104和第二 光電二極管108形成了透射光檢測光路，而發(fā)光二極管104和第一光電二極管105就形成了 后向散射檢測光路； 探頭上端設(shè)有用于固定的U形支架102,該支架包括第一探頭臂103和第二探頭臂107， 分別固定發(fā)光二極管104和第一光電二極管105,以及第二光電二極管108; 所述發(fā)光二極管104為紅外發(fā)光二極管，峰值波長范圍在800-1400nm，優(yōu)選是800-lOOOnm，更優(yōu)選是850-950nm。2. 權(quán)利要求1所述的檢測探頭，其中發(fā)光二極管104和第一光電二極管105的垂直方向 上的中心點(diǎn)距離為6-10mm，優(yōu)選是6、7、8、91111]1，更優(yōu)選是6或71111]1。3. 權(quán)利要求1或2所述的檢測探頭，其中探頭還包括用于將U形支架102固定到濃度檢測 探頭支架305的固定柄101，并且在所述發(fā)光二極管104、第一光電二極管105和第二光電二 極管108的發(fā)射或接收端都設(shè)有玻璃窗106。4. 權(quán)利要求3所述的檢測探頭，其中所述濃度檢測探頭支架305上可以固定一個或多個 濃度檢測探頭1。5. -種微生物高通量培養(yǎng)和大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化裝置，包括： (1) 高通量液體攪拌裝置，包括樣品瓶托盤203、磁力攪拌子204、用于承載樣品瓶的永 磁體固定柱205、樣品瓶托盤底座216,其中在樣品瓶托盤底座216上設(shè)置環(huán)形結(jié)構(gòu)的樣品瓶 托盤203,該托盤外邊緣設(shè)置環(huán)形排列的樣品瓶固定孔226,托盤中心端套嵌在設(shè)置固定柱 205上，當(dāng)將磁力攪拌子204放置于樣品瓶中，在永磁體固定柱205的作用下，磁力攪拌子204 在樣品瓶201中恒定攪拌，因此通過多個磁力攪拌子實(shí)現(xiàn)在多個樣品瓶中高通量攪拌。 (2) 樣品瓶托盤傳動裝置，包括電機(jī)211、電機(jī)固定板220，其中電機(jī)通過電機(jī)軸207與永 磁體固定柱205相連，并且電機(jī)與永磁體固定柱205、樣品瓶托盤底座216、樣品瓶托盤203、 支撐柱固定板212的圓心設(shè)置位于同一垂直線上，從而電機(jī)驅(qū)動永磁體固定柱205旋轉(zhuǎn)，產(chǎn) 生的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)而帶動樣品瓶201底部的磁力攪拌子204旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)磁力攪拌子204攪 拌液體培養(yǎng)基。 (3) 權(quán)利要求1至4任一項所述的檢測探頭1，其中濃度檢測探頭1通過探頭支架305固定 于不銹鋼內(nèi)腔底部和頂部離不銹鋼內(nèi)腔邊緣位置，并使?jié)舛葯z測探頭1的透射光路正好穿 過樣品瓶201的垂直中軸線，樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)時，樣品瓶托盤203上的樣品瓶201剛好能 從探頭左臂103和探頭右臂107之間穿過。6. 權(quán)利要求5所述的自動化裝置，其中所述樣品瓶托盤根據(jù)需要可設(shè)置為1-10層自由 組裝拆卸模塊式環(huán)形結(jié)構(gòu)的攪拌裝置，并且每層樣品瓶托盤，可以根據(jù)需要設(shè)置1個或2-48 個樣品瓶固定孔。7. 權(quán)利要求5或6所述的自動化裝置，其中所述攪拌裝置還包括樣品瓶托盤支撐柱214、 支撐柱固定板212,可以在每層環(huán)形的樣品瓶托盤底部均設(shè)置一個托盤底座，或借助樣品瓶 托盤支撐柱和支撐柱固定板的作用下，只在固定柱底部設(shè)置一個托盤底座。8. 權(quán)利要求7所述的自動化裝置，其中通過將永磁體206設(shè)置在固定柱205上，使固定柱 成為永磁體，并使其磁場N和S極方向呈水平分布。9. 權(quán)利要求8任一所述的自動化裝置，其中在電機(jī)固定板220上還設(shè)置步進(jìn)電機(jī)222、大 軸承221、主動齒輪218、從動齒輪217,步進(jìn)電機(jī)222垂直向上設(shè)置在電機(jī)固定板220下方，并 通過步進(jìn)電機(jī)軸219與主動齒輪218向上垂直連接;主動齒輪通過水平方向的從動齒輪217 與樣品瓶托盤底座216連接。10. 權(quán)利要求9所述的自動化裝置，其中當(dāng)步進(jìn)電機(jī)222帶動主動齒輪218旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)使 從動齒輪217旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動樣品瓶托盤底座216以及樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)樣品瓶 201繞永磁體固定柱205中軸以一定角度旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)夾角為兩個相鄰樣品固定孔227之間 的夾角。11. 權(quán)利要求10所述的自動化裝置，其中在電機(jī)固定板220上方設(shè)置環(huán)形大軸承固定座 209,電機(jī)軸207從大軸承固定座209的圓心穿過，在大軸承固定座209上設(shè)置大軸承221，大 軸承221內(nèi)圈嵌套在大軸承固定座209的外邊緣;大軸承套管208嵌套在大軸承221的外圈； 從動齒輪217設(shè)置在大軸承套管208上方，主動齒輪218和從動齒輪217相互咬合;樣品瓶托 盤底座216設(shè)置在大軸承套管208上方;小軸承213內(nèi)圈嵌套在永磁體固定柱頂端229;小軸 承套管215設(shè)置在樣品瓶托盤底座216上方，頂端內(nèi)側(cè)嵌套在小軸承213的外圈；樣品瓶托盤 支撐柱214設(shè)置在兩個樣品瓶托盤203之間;支撐柱固定板212設(shè)置在小軸承套管215和樣品 瓶托盤支撐柱214的頂端。12. 權(quán)利要求11所述的自動化裝置，其中永磁體固定柱205固定在小軸承213的內(nèi)圈上， 樣品瓶托盤203通過樣品瓶托盤底座216、小軸承套管215、支撐柱固定板212被固定在小軸 承213外圈上，這樣永磁體固定柱205和樣品瓶托盤203的旋轉(zhuǎn)互相獨(dú)立，互不影響。13. 權(quán)利要求5-12項任一所述的自動化裝置，其中在濃度檢測探頭1中，所述U形支架 102內(nèi)側(cè)間距恰好能容下一定直徑的樣品瓶201從中間垂直穿過，U形支架102內(nèi)側(cè)間距大于 樣品瓶201外徑不超過1毫米;所述樣品瓶201停止在U形支架102內(nèi)時，紅外發(fā)光二極管104 和其正對的光電二極管(右）108的中軸連線正好和樣品瓶201的直徑重合。14. 權(quán)利要求13所述的自動化裝置，其中還包括樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4,包括帶孔 樣品瓶蓋403、疏水透氣膜401、帶孔硅膠墊402,該帶孔樣品瓶蓋內(nèi)403從里到外分別加裝直 徑和樣品瓶瓶蓋內(nèi)徑相同的圓形疏水透氣膜401和帶孔硅膠墊402。15. 權(quán)利要求13所述的自動化裝置，其中在樣品瓶內(nèi)外氣體交換裝置4中，疏水透氣膜 401孔徑不超過0.45微米，氧氣、二氧化碳等氣體能自由透過，而水蒸氣和微生物不容易透 過，并且?guī)Э椎墓枘z墊片402可根據(jù)需要的透氣速度來選取孔徑的大小。16. -種微生物高通量培養(yǎng)和大濃度范圍實(shí)時檢測的自動化溫控裝置，包括： (1) 權(quán)利要求5-15任一項所述的自動化裝置； (2) 溫度控制裝置3,其中， 所述溫度控制裝置3包括用于環(huán)繞或密封上述攪拌裝置和傳動裝置等的不銹鋼內(nèi)腔 302、電加熱板301、銅管303、保溫層304、冷卻水循環(huán)機(jī)501。其中電加熱板301貼在不銹鋼內(nèi) 腔302的上、下外表面和前門311內(nèi)側(cè)；銅管303包裹不銹鋼內(nèi)腔302的左、右和后側(cè)外表面； 在電加熱板301和銅管303的外側(cè)包裹保溫層304;銅管入水口 309和出水口 310通向保溫層 304外面，和冷卻水循環(huán)機(jī)501連接； 當(dāng)需要溫度控制在室溫+5-70攝氏度時，使用不銹鋼內(nèi)腔302的上、下外表面和前門311 內(nèi)側(cè)的電加熱板301加熱；當(dāng)需要溫度控制在IO-室溫+5攝氏度時，使用冷卻水循環(huán)機(jī)501向 銅管303中通入冷卻液來保持不銹鋼內(nèi)腔302低溫。17. 權(quán)利要求16所述的自動化溫控裝置，其中濃度檢測探頭1、高通量液體攪拌和樣品 瓶托盤傳動裝置2和溫度控制裝置3通過自動化軟件控制，來確定培養(yǎng)溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、探頭 檢測間隔時間、顯示溫度對應(yīng)時間的變化曲線、標(biāo)注樣品、對比濃度與時間曲線、設(shè)置和提 示樣品濃度值、選擇檢測模式和自動校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及輸出數(shù)據(jù)檢測結(jié)果。18. -種利用6-15任一項所述的自動化裝置，或者權(quán)利要求16或17所述的自動化溫控 裝置來進(jìn)行微生物高通量培養(yǎng)和大濃度范圍實(shí)時檢測的方法，步驟包括： (1) 溫度控制:溫度控制裝置3提前使不銹鋼內(nèi)腔302的溫度維持在微生物培養(yǎng)需要的 水平，然后將待測樣品、無菌液體培養(yǎng)基和無菌磁力攪拌子204加到樣品瓶201中，蓋上樣品 瓶內(nèi)外氣體交換裝置4,置于樣品瓶固定孔227中； (2) 攪拌培養(yǎng):通過電機(jī)211帶動永磁體固定柱205旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場帶動樣品瓶 201中的磁力攪拌子204旋轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)微生物在液體培養(yǎng)基攪拌中生長繁殖； (3) 濃度檢測：步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)一定角度，濃度檢測探頭1檢測第 一組樣品濃度;檢測完畢后，步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203旋轉(zhuǎn)一定角度，第二組樣品進(jìn) 入濃度檢測探頭1并開始檢測;檢測完畢后，步進(jìn)電機(jī)222帶動樣品瓶托盤203繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定 角度，第三組樣品進(jìn)入濃度檢測探頭1并開始檢測;這樣濃度檢測探頭1和步進(jìn)電機(jī)222交替 工作，直到最后一組樣品檢測完畢，步進(jìn)電機(jī)停止工作。 (4) 重復(fù)檢測：以一定時間為間隔，依次不斷重復(fù)步驟(3)，這樣電機(jī)211、步進(jìn)電機(jī)222 和濃度檢測探頭1三者協(xié)同工作，在微生物培養(yǎng)過程中實(shí)時檢測濃度變化，直至實(shí)驗結(jié)束。19. 權(quán)利要求18的方法，其中所述溫控裝置4采用三面冷卻和三面加熱的方式來控制不 銹鋼內(nèi)腔302的溫度。在不銹鋼內(nèi)腔302的上、下和前門311三個外表面采用電加熱板301來 控制室溫+5攝氏度以上的目標(biāo)溫度，在不銹鋼內(nèi)腔302左、右和后方三面包裹銅管303,銅管 303連接冷卻水循環(huán)機(jī)501，冷卻水循環(huán)機(jī)501將一定溫度的冷卻液栗進(jìn)銅管303,使得不銹 鋼內(nèi)腔302溫度能低于室溫+5攝氏度。20. 權(quán)利要求18或19的方法，其中待測樣品培養(yǎng)微生物的檢測濃度范圍為0-15OD600，并 且樣品容器為直徑25-35_50mm的圓柱形試管，所述試管瓶壁為0.5_3mm，優(yōu)選I、1.5、2、3mm。
【文檔編號】C12M1/38GK105907636SQ201610341529
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】萬俊, 蔣佩琪, 齊伯, 齊一伯
【申請人】長沙湘資生物科技有限公司