CN104342367A - 基于智能手机的便携细菌学检测*** - Google Patents

基于智能手机的便携细菌学检测*** Download PDF

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    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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Abstract

基于智能手机的便携细菌学检测***。常规的细菌学实验包括很多复杂的设备和必要技能，这极大的阻碍了微生物学的应用。在便携式微生物培养基的基础上，本发明描述一款仪器可以满足细菌的生长，保藏和灭菌全过程，并且设计了极其严谨的生物安全措施。本发明采纳智能手机对多重对照样本分析和检测样本同时拍照分析，如果对已知结果的对照组分析是错误的，那么分析样本分析就不会开始，这样避免了错误分析，大大加强分析的科学严谨性。同时本***是一个科普性研究和分析工具，使一个受过一般教育的人员在智能手机软件的培训下完成科学实验，并且学习新技能。

Description

基于智能手机的便携细菌学检测***
技术领域
一个基本的细菌学实验室所包含的检测设备比较复杂。本发明描述一项可以被广泛普及的家用便携微生物检测***，具有科普和家用微生物标准检测双重意义。 
背景技术
为了能够检测生活中的微生物指标，不但需要复杂的科学背景知识和技能的学习，还需要非常复杂的微生物实验室设备和耗材(高压蒸汽灭菌锅，无菌操作台，恒温培养箱，琼脂培养基等)。这很大程度上阻碍了微生物检测技术的普及。自上世纪80年代以来有一些便携式微生物培养基陆续面市了，比如美国3M公司的PetrifilmTM***(美国专利号：4,565,783)，把微生物培养在纸片上完成。尽管如此，与PetrifilmTM配套的培养箱和自动判读仪(美国专利号：US2010/0330610A1)和高压蒸汽灭菌等设备不但价格昂贵而且占用空间大。在应用上还是有非常大的局限。 
电热元件可以把铝锭温度上升到170摄氏度以上足够杀死微生物，也可以稳定在最适培养温度(比如37摄氏度)，半导体制冷元件可以把铝锭温度降到4摄氏度，来抑制生理活性，保存鲜活检测样本。 
最后，现代信息科技突飞猛进，原来一个台式电脑的计算能力，现在一个只能手机就可以完成。加上现代智能手机都镶嵌数字相机功能。本发明利用智能手机的数字成像功能和运算能力来对实验结果进行分析和处理。值得注意的是，尽管手机镶嵌的数字相机已经进入了人们的日常生活，而用手机去拍摄一个科学图片需要配合很多参数要求，比如曝光时间，光圈，焦距等。很难为一个受过极少培训的人员很快掌握多项要求的数字成像技术，因此急需发展出一种方法让用户界面和使用过程更加简单易行的产品。 
发明内容
本发明包括一个温控铝锭装置，用来完成细菌的生长，保存和灭菌的温度控制全部过程。还包括利用智能手机中的电子成像和计算功能来对细菌生长培养基进行基本分析。具体包括以下五个方面： 
第一，在一个以铝锭为导热介质的舱体内，利用云母电加热、半导体制冷和电子温控的特性，对铝锭导热舱体进行严格的温度和间隔时间的控制，以此来： 
A.达到最适生长温度(比如37摄氏度)，鼓励微生物的生长； 
B.达到必要的生长时间后(比如生长24小时)，***自动降低温度至休眠期(比如4摄氏度)，以便下一步微生物检验； 
C.在必要时，温度可以上升到170摄氏度以上，以此来灭活所有微生物，达到生物安全的目的。 
第二，使用智能手机中的照相机对便携式微生物培养基进行成像，并且使用智能手机的计算功能对图像进行运算、分析和解读。 
第三，使用多重对照***来对拍摄检测样本照片的质量进行评估，通常这些对照图片是已知实验结果的印刷图片。 
第四，使用智能手机的互联网连接功能，对检测结果进行通俗性科普解释及交流。 
第五，该发明具有科普性成人玩具功能，让受过初等教育的成年人，利用手头的智能手机和简单的设备，具有一些基本微生物学研究的硬件设施，取而代之繁杂的微生物实验室设备。 
附图说明
图1：采用多重印刷质对照组对微生物样本进行分析。其中对照1、2、3、4分别都是已知实验结果的印刷图片。 
具体实施方式
本实验主要使用了以下材料： 
1.上海光明牌巴氏消毒牛奶由上海市农工商超市购得； 
2.PetrifilmTM大肠菌群测试片(订购代码6416)便携式微生物培养基由美国3M公司购得； 
3.智能手机华为mate Ascend MT1-U06由深圳华为公司购得； 
4.荣诚牌云母电加热器由上海荣诚热电有限公司购得； 
5.特洛耐牌半导体电子制冷片TEC1-12702由深圳迷尚公司购得； 
6.电子温度计(货号TP3001，量程为-50到300摄氏度)由郑州博洋仪器仪表有限公司购得； 
7.铝板由山东南山铝业购得(厚度：2.5毫米，长宽：8厘米，执行标准：GB/T11962008)； 
8.温控设备REX-C100智能温控仪表(0-400摄氏度)由浙江乐清市恒远仪表厂购买。 
操作步骤： 
1.在铝板上打一个直径为1毫米的孔，来保持细菌微需氧环境； 
2.把制冷、加热和电子温控按照产品说明书固定在铝板上，调试3摄氏度，25摄氏度和180摄氏度三个温度点，使用温度计校准，并且确认稳定性； 
3.拿出多个已知PetrifilmTM便携式微生物培养基实验结果图片，把这些图片影印并印刷到同一张纸上并且预留空间给检测样本，预先定位好对照组和检测样本在照片上的物理位置，并且记录这些位置信息，训练智能手机识别各个对照组的位置和检测样本的位置，如果选择了4组对照(下同)，如图1所示。 
4.按照3M公司的PetrifilmTM说明书检测巴氏消毒牛奶的大肠菌群； 
5.将测便携式微生物培养基放入铝锭，温度控制在37摄氏度24小时； 
6.接上部24小时后立刻铝锭温控调节到4摄氏度待检测； 
7.接上步的48小时内，样本便携式微生物培养基，摆放如图1所示，包含对照组，用智能手机照相，同一张照片内包含全部五个培养基； 
8.智能手机的运算***扫描图片中的形态学特征(如使用PetrifilmTM大肠菌群测试片订购代码6416的光学特征为菌落比培养基更深的颜色，计数为1点)； 
9.智能手机经过图片扫描、记录、存储、分析、对比，如果多重对照组图片分析结果与预先已知设定结果不一致，判断检测样本图片拍摄不合格，从第8步重新操作。 
10.智能手机经过图片扫描、记录、存储、分析、对比，如果多重对照组图片分析结果与预先设定结果一致，判断检测样本图片拍摄合格，继续第11步。 
11.电脑对检测样本图片扫描、记录、存储、分析、对比，得出检测样本的微生物参数和指标，依据参数生成检测报告。 
12.将已经分析完毕的便携式微生物培养基放入一个塑料照片封膜袋中，再将其放入铝锭温控在170度2小时干热灭菌。 
13.将干热灭菌后的样本丢弃到垃圾箱。 

Claims (8)

1.一种温度控制设备，利用热的良导体(如：铜、铝或者合金等)配合温度控制装置来完成一般细菌学实验的全部温度要求。
2.权利要求1的设备能够：调节到一个特定温度促进细菌生长(通常20-40摄氏度)，和一个特定温度抑制细菌的生理活性(通常0-15摄氏度)，和杀灭细菌(通常100摄氏度以上)。
3.权利要求1的设备还能够产生高温，足够使热固型塑料袋固化，并且将灭菌后的便携式培养基封固在塑料袋内，不易拆除或开封，确保使用后的培养基没有任何生物污染的可能性。
4.权利要求1的设备还能够按照具体实验要求，以给定的时间和程序来完成(或部分完成)权利要求2所描述的每个生理阶段。
5.在拍摄检测生物培养基的照片里必须包括一张或者多张对照组微生物培养基图片。
6.使用智能手机***对权利要求5的照片进行分析，必须包括样本和对照组分析。
7.对权利要求5的检测对象分析必须建立在对照组分析结果真确的基础上。
8.智能手机可以与权利要求1所述设备通过无线电磁波或者有线方式建立指令关系。
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