DE1965601B2 - Vorrichtung zur Messung kreisförmiger optisch unterscheidbarer Flächen in Bakterienkulturen - Google Patents
Vorrichtung zur Messung kreisförmiger optisch unterscheidbarer Flächen in BakterienkulturenInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung kreisförmiger, optisch unterscheidbarcr Flächen
in Bakterienkulturen durch Bestimmung deren Durchmesser, indem die Kreisbegrenzungen optisch erfaßt
werden.
Eine Vorrichtung dieser Art ist bereits bekannt. Die in einer Petrischale befindlichen Bakterienkulturen
mit den kreisförmigen optischen unterscheidbaren Flächen, auf Grund der wachstumshemmenden Impfstellen,
werden von einem Lichtbündel durchleuchtet, welches von einer Lampe kommend über Umlenkspiegel
einem Betrachterprisma zugeführt wird. Im Bereich des Prismas sind Markierungen angeordnet,
die bei kontrollierter Verschiebung der Petrischale auf einem Förderband, mittels einer Vorschubeinrichtung
mit Teilstrichen, einen Aufschluß über die Abmessungen der einzelnen Flächen innerhalb der
Bakterienkulturen zulassen. Diese Messungen sind jedoch nur manuell durchzuführen und erfordern
einen großen Zeitaufwand. Weiterhin sind keine kontinuierlichen Messungen von z. B. mehreren Flächen
in Bakterienkulturen in verschiedenen Petrischalcn möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaden, die mit ausreichender
Genauigkeit automatisch kontinuierliche Messungen durchführen kann, ohne daß Dunkelstellen
in den kreisförmigen Flächen der Baktcrienkulturen die Messungen beeinflussen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die in einer Reihe hintereinander aneeordneten,
optisch unterscheidbaren Flachen m den Bakterienkukuren durch mehrere nebeneinander ananeUdnete
Lichtschranken kontinuierlich nmdurch- «eführt werden und daß der Abstand der L.cht-Sanken
voneinander der Meßgenau.gke.tsanforderune
und die Länge der Lichtschrankenanordnung der möglichen seitlichen Schwankung der einzelnen
optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen angepaßt ist. .
Wenn ζ B auf einem bereits mit Bakterien geimpficn
Agar' ein Antibiotikum aufgetragen wird, breite sich die Wirkung des Antibiotikums von der
Sragsstelle aus, unterdrückt das Wachstum der
Bakterien und bildet eine durchsichtige kreisförmige
Zone während der andere Teil infolge des Wachsfums'der
Mikroorganismen lichtundurchlass.g bleibt. Durch Messung der Größe der durchsichtigen
Zone der Wachstumsunterdrückung kann die Starke des Antibiotikums, das Wachstum des Mikroorganismus
-u unterdrücken, gemessen werden. Bisher ist
die Größe der Zone der Wachstumsunterdruckung durch Abschätzen der Zone mit unbewaffnetem Auge
oder'durch Vergrößern der Zone durch einen Vergrößerungsprojektor
und Messen des Durchmessers der Zone besummt worden. Dieses Verfahren besitzt
jedoch den Nachteil, daß die optisch verschwommene
Grenze der Zone der Wachstumsunterdruckung unvermeidliche Differenzen in den Ablesungen zwischen
einzelnen Betrachtern erzeugt, nut dem Ergebms, daß es unmöglich ist, objektive, genaue Daten zu erhalten
Darüber hinaus erfordert die Messung nicht nur größere Anstrengungen, sondern ist auch unbrauchbaVersuche
zum automatischen Messen der Größe der Zone der Wachstumsverhinderung durch Verwendung
von photoleitenden Detektoren haben erpeben daß die Verwendung einer einzigen Lichtschranke
wegen der Anwesenheit optischer Flecken in unregelmäßigen Intervallen es unmöglich macht,
eine genaue Größenme.sung aer Zone zu bew.rken.
Das heißt, die Zone der Wachstumsverhinderung enthä't
winzig kleine lichtundurchlässige Stellen, die durch örtliches Wachstum des Mikroorganismus gebildet
sind, und das Auftragen von Antibiotikum in bekannter Weise durch Zylinder erzeugt Druckstellen
in dem geimpften Agar, welche einen niedrigeren I icht-Durchlaßgrad aufweisen als deren Umgebung,
wohingegen, wenn das Antibiotikum unter Verwendung von Filterpapier auf das Agar aufgetragen wird,
das Filterpapier das Durchlassen von Licht verhindert
Auf diese Unregelmäßigkeiten im Meßobjekt spricht die Lichtschranke an, wodurch Fehlmessungen
entstehen.
Zusätzlich zu den Problemen der optischen Flecken innerhalb der zu messenden Flächen treten die folgenden
Schwierigkeiten beim Messen des Durchmessers der kreisförmigen Zone der Wachstumshemmung von
Mikroorganismen auf. Im üblichen Betrieb werden die Durchmesser einer Anzahl kreisförmiger Wachstumshemmungszonen
nacheinander gemessen die länes einer Linie angeordnet sind; jedoch sind die
kreisförmigen Zonen nicht immer genau ausgerichtet •ind die genaue Messung des Durchmessers mit einer
einzigen Lichtschranke ist nicht zu erreichen. Selbst wenn ζ B. der photoleitende Detektor genau mit der
Mittellinie der ersten Zone der Wachstumshemmung für die Messung des Durchmessers ausgerichtet ist,
ist möglicherweise der Detektor mit der Mittellinie
A r zweiten Wachstumsheminungszone nicht ausgerichtet
und eine genaue Messung des Durchmessers rd nicht ausgeführt, wenn die zweite Wachstumshemmungszone
über den Toleranzbereich hinaus ab-
WCDisse Schwierigkeiten werden durch die Erfindung
überwunden, in dem mehrere übereinander angeordnete Lichtschranken verwendet werden, deren Abstand
voneinander der geforderten Meßgenauigkeit eDEi(t wird und in bekannter Weise berechnet
werden kann (Hütte I, 28. Auflage, S. 47 rnd 48) und deren Anzahl von der größten Abweichung der zu
messenden Flächen von einer auf der idealen Mittellinie gedachten Bezugsfläche abhängig ist.
In der Praxis hat sich eine Dimensionierung als zweckmäßig erwie^n, die den folgenden Formeln I
und H genügt:
\Ad^L>2v (1)
s<2e (H)
worin L die Länge der Reihe der aus photoleitenden Detektoren bestehenden Lichtschranken, 5 der Raum
zwischen den jeweiligen phoioleitcnden Detektoren. d der geschätzte Durchmesser der Bezugsfläche. ν die
erößte Abweichung zwischen der Mittellinie der Bezuesfläche
und der Mittellinie der zu messenden Zonen ist, wobei die Mittellinie der zu messenden Zone
mit einem Detektor zusammentrifft. Die Mittellinien stehen jeweils senkrecht zur Reihe der Detektoren
und die Abweichungen verlaufen in Richtung der Längsreihe der Detektoren; e ist die größte Abweichung
zwischen der Mittellinie der zu messenden Zone und der Linie, die mit einem Detektor zusammentriftt.
Dabei stehen die Mittellinien ebenfalls senkrecht zur Reihe der Detektoren; e soll weiterhin
der Ungleichung d/. >e> dlm genügen.
Wie aus der Formel (I) hervorgeht, ist die Länge der Reihe der Anzahl photoleitender Detektoren größer
als das doppelte der größten Ablenkung ν von der Bezugsfläche und die photoleitenden Detektoren
sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der nicht größer ist als das doppelte der erlaubbaren Abweichung
e. Selbst in dem Fall, wo die Abweichung der Wachstumsverhinderungs-Zone den gewährbaren
Bereich e übersteigt, tastet demgemäß wenigstens einer der photoleitenden Detektoren immer längs der
Linie ab, welche innerhalb des Bereiches der erlaubbaren Abweichung von der Mittellinie der Wachstumsverhinderungs-Zone
liegt, mit dem Ergebnis, daß die Durchmesser einer Anzahl von kreisförmigen
Wachstumsverhinderungs-Zonen immer mit ausreichender
Genauigkeit und aufeinanderfolgend gemessen werden können. Die vorliegende Erfindung ist besonders
vorteilhaft in einem Fall, wo die größte Abweichung ν der Zone nicht größer als 0,4 d ist, vorzugsweise
0,2 -d nicht übersteigt. Die Anzahl der photoleitenden Detektoren in einer Reihe, welche
eine ganze Zahl nicht größer als ■* + 1 ist, ist nicht
kleiner als 2, vorzugsweise ,Mcht kleiner als 4. Die
Anzahl der Reihen der photolcitcndcn Detektoren ist nicht auf 1 begrenzt. lis können mehrere Anordnungen
nebeneinander betrieben werden. Zum Beispiel macht es die Anbringung von 20 Reihen der Detektoren
möglich, die Durchmesser von kreisförmigen Zonen zu messen, die in 20 Reihen angeordnet sind,
von welchen jede mehrere Zonen enthält.
Die Durchlaufzeit für die Zcne durch den Meßabschnitt
wird durch ein geeignetes Verfahren gemessen. Beispielsweise durch ein Verfahren, in welchem
Zeitimpulse während dieser Zeit abgegeben und er-S haltene Impulse mittels eines Zählers gezählt werden.
Eine Torschaltung bewirkt, daß Zeitimpulse den Zähler erreichen, wenn wenigstens einer der photoleitenden
Detektoren beleuchtet ist.
Die Meßwerte können in einer elektronischen Speicheranordnung gespeichert und im Bedarfsfall
ausgedruckt oder in Lochstreifen oder -karte gestanzt werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt
l· i g. i eine Draufsicht, die die Anordnung \on
Phototransistoren und ein Beispiel einer Petrischale mit zum rechten Winkel zu der Richtung der Reihe
messenden kreisförmigen Zonen darstellt, in welchen das Wachstum von Organismen gehemmt ist,
F i g. 2 eine Schnittansicht, die die Hemmzonen auf der Schale längs der Linie H-II in Fig. 1 darstellt,
und
F i g. 3 ein Schaltbild, das eine bevorzugte Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung zu
verwendenden Meßgerätes daistellt.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist eine Petrischale
A mit vier Hemmzonen b des Wachstums von Organismen versehen, von welchen jede eine Vertiefung
c· aufweist, gebildet durch die beim Auftragen eines Antibiotikums verwendeten Zylinder. Der Bereich
d, wo das Wachstum der Organismen stattgefunden hat, ist lichtundurchlässig, während die kreisförmigen
Hemmzonen b durchsichtig sind, wobei die Vertiefungen c eine niedrigere Durchsichtigkeit aufweisen.
Obwohl in der Zeichnung nicht veranschaulicht, weist die Hemmzone b lichtundurchlässige
Flecken von organischem Wachstum auf.
Ein Meßglied enthält zwei Reihen (d. h. Gruppe 1 und Gruppell) von Phototransistoren 1, wobei jede
Reihe aus vier Phototransistoren 1 besteht. Die Phototransistoren 1 in jeder Reihe sind jeweils mit
einer Lampe 2 versehen. Mit Hilfe von variablen Widerständen 3 sind die Phototransistoren 1 mit
Oder-Schaltungen 4-1 und 4-11 verbunden, die für die jeweilige Gruppe vorgesehen sind. Die Oder-Schaltung
4-1 ist über eine Nein-Schaltung 5-1 mit zwei Oder-Schaltungen 6-1« und 6-1 b und mit einer Stellungs-Auffindcsehaltung
7-1 verbunden. In gleicher Weise ist die andere Oder-Schaltung 4-11 über eine
Nein-Schaltung 5-11 mit zwei Oder-Schaltungen 6-11 α und 6-11Λ und mit einer Stellungs-Auffindeschaltung7-ll
verbunden. Jede der Oder-Schaltungen 6-1 o. und 6-1 ft erhält ein Signal von der Stellungs-Aufündcschaltung
7-1 und ein Signal von einer Zeitimpulsschaltung 8. während die Oder-Schaltungen
6-11 α und 6-11 b ein Signal von der Stellungs-Auffindcschaltung7-ll
und ein Signal von der Zeitimpulssehaltung 8 erhalten. Jede der Oder-Schaltungen
6-1«, 6-Ii), 6-11 α und 6-11 b ist mit Zählern 9-1 σ,
9-i/j, 9-11 (j bzw. 9-11/) verbunden. Jeder dieser Zähler
ist mit einer selektiven Ableseschaltung 10 verbunden, welche ferner mit einem Stanzglied 11 verbunden ist.
Die Petrischale α ist an eine durchsichtige Unterlage
(nicht dargestellt) befestigt, welche durch einen Motor (nicht dargestellt) mit konstanter Geschwindigkeit
im rechtem Winkel zu der Richtung der Reihe der Phototransistoren 1, nämlich in der mit einem
Pfeil in Fig. 1 bezeichneten Richtung bewegt werden kann. Somit werden die zwei Hemmzonen in der
oberen Reihe in F i g. 1 durch die Phototransistoren in der Gruppe 1 gemessen und die zwei Hemmzonen
in der unteren Reihe durch jene in der Gruppe II. Da das Messen der Hemmzone durch die Phototransistoren
1 in Gruppe 1 und durch jene in Gruppe II auf genaue dieselbe Weise ausgeführt ist, wird die
folgende Beschreibung der Einfachheit halber nur bezüglich der Gruppe I ausgeführt.
Wenn die Petrischale ο vorwärtsbewegt wird und
die durchsichtige Hemmzone den Meßabschnitt der Phototransistoren 1 erreicht. trilTt Licht von den
Lampen 2 auf die Phototransistoren 1. worauf Strom durch die Pho'rtransistoren 1 fließt. Die Empfindlichkeit
der vier Phototransistor! kann durch die variablen Widerstände 3 eingestellt werden, und das
Gerät dieser Ausführungsform ist so ausgelegt, daß wenn Strom durch wenigstens einen der vier Phototransistoren
1 fließt, fällt am Widerstand 3 eine Spannung von - 4 bis (S Volt an und verursacht, daß
die Oder-Schaltung 4-1 an ihrem Ausgang 24VoIt aufweist. Selbst wenn einer der vier Phototransistoren
bei der Messung eines lichtundurchlässigen organischen Fleckes oder der Vertiefung c von niedrigerer
Durchsichtigkeit ausfallen sollte, gibt die Oder-Schaltung 4-1 während der garzen Zeil am Ausgang
--24 Volt ab. sofern wenigstens einer der anderen drei Phototransistoren eine durchsichtige Zone mißt.
Der Ausgang ( 24 Volt) der Oder-Schaltung 4-1 ist durch die Nein-Schaltung 5-1 auf 0 Volt umgewandelt
und der Ausgang der Nein-Schaltung ist dann an die zwei Oder-Schaltungen 6-1 α und 6-1 b und
die Stellungs-Auffindeschallung 7-1 angelegt, welche
in der vorliegenden Ausführungsform aus einem binaren Zähler mit einer Flip-Flop-Schaltung besteht.
Die Oder-Schaltungen 6-1 α und 6-1 b erhalten ferner
das Signal von der Stellungs-Auffmdcschaltung 7-1 und das Signal von der Zeitimpulsschaltung 8. Die
Zeitimpulsschaltung 8 ist ausgelegt, um Impulse von 240 Hz und 24 Volt zu erzeugen, welche mit der
Stromquelle des Motors zum Bewegen der Schale a mit konstanter Geschwindigkeit in Phase sind.
Wenn ein Signal (0 Volt) von der Nein-Schaltung 5-1 der Stellungs-Auffindeschaltung 7-1 zugeführt
wird, zählt der Zähler einen Impuls, um bei AY1 ein
Signal von - 24 Volt abzugeben. Folglich ist der Ausgang der mit M1 verbundenen Oder-Schaltung
6-1 α auf dem konstanten Niveau von - 24 Volt gehalten,
ohne Zeitimpulse an den Zähler 91a abzugeben. Andererseits ist ansprechend auf die Einschaltungen
und Abschaltungen zwischen -24 und 0 Volt der Zeitimpulse der Ausgang der mit M2 verbundenen
und mit einem Signal von 0 Volt versorgten Oder-Schaltung 6-1 b an- und abgeschaltet, um
dem Zähler 9-1 b Impulse zuzuführen. Während Strom durch den Phototransistor I fließt, nämlich
während der Phototransistor 1 die zu messende Zone abtastet, erhält die Oder-Schaltung 6-1 b ein Signal
von 0 Volt von der Stelle M., und gibt Impulse an den Zähler 9-1 />
ab, welcher deshalb die Impulse während dieses Zeitraumes zählt. Somit wird die Durchlaufzcit für die Zone durch den Mcßabschnilt
gemessen. Wenn sich eine zu messende Zone vollständig
an den Phototransistoren 1 in der Gruppe 1 vorbeibewegt, fließ! kein Strom mehr durch die
Transistoren 1. Wenn anschließend die Phototransistcrcn 1 die nächste Zone messen und erneut Strom
durch die Phototransistoren 1 fließt, wird dem Zähler in der Stellungs-Auffindungsschallung?-! ein Signal
zugeführt, wobei sich bei M1 ein Ausgang von 0 Volt und bei M2 ein Ausgang von - 24 Volt ergibt,
um die Zufuhr von Impulsen an den Zähler 9-1 b 7m
unterbrechen und dem Zähler 9-1 ο Impulse zuzuführen. Somit ist die Zeit für den Durchlauf der Zone
.lurch den Meßabschnitt auf dieselbe Weise wie oben gemessen. Ir. dieser Art dienen die Oder-Schaltungen
6-1«. 6-1/', 6-11 α und 6-11 b als Torschaltungen, um
dem Zähler nur während des Messens der Zone Impulse zuzuführen.
Der Betrieb der Photolransistorcn 1 in der Gruppe II ist wie bei den oben beschriebenen Phototransistoren
1 in Gruppe 1 ausgeführt, und die Durchlauf/eiten der zwei Zonen in der unteren Reihe in
Fig. 1 sind jeweils durch die Zähler 9-11 a und 9-11 b
gemessen.
Die durch die Zähler gezählte und gespeicherte Durchgangszeit wird durch die selektive Ablcseschaltung
10 abgelesen, deren Ausgangssignal dann dem Stanzglicd 11 zugeführt wird, wo die Information
auf einer Karte, einem Band oder einem Streifen durch Stanzen aufgezeichnet wird. Die selektive Ableseschaltung
10 und das SMnzglied 11 sind von herkömmlicher bekannter Konstruktion. Um die Anordnung
der aufgezeichneten Information in der Reihenfolge zu erleichtern, ist eine Druckschaltung mit
einem äußeren Schalter mit dem Stanzglicd 11 verbunden, von welchem geeignete Bezugszahlen auf
die gestanzte Karte oder den gestanzten Streifen gedruckt werden.
Die Zähler, welche die Durchgangszeiten der zwei Zonen auf diese Weise gemessen haben, werden
dann für den anschließenden Betrieb auf der nächsten Schale auf Null zurückgestellt.
Die vorliegende Erfindung ist auch zur Messuni von kreisförmigen Zonen verwendbar, die selbst un
durchsichtig sind und in einer durchsichtigen Umge bung besonders und mit durchsichtigen Stellen durch
setzt sind, d. h. die entgegengesetzte Konfiguratioi
der Lichtdurchlässigkeit aufweisen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Messung kreisförmiger, optisch unterscheidbarer Flächen in Bakterienkulturen
durch Bestimmung deren Durchmesser, indem die Kreisbegrenzungen optisch erfaßt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
in einer Reihe hintereinander angeordneten, optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen
durch mehrere nebeneinander angeordnete Lichtschranken kontinuierlich hindurchgeführt
werden und daß der Abstand (s) der Lichtschranken voneinander der Meßgenauigkeitsanforderung
und die Länge (L) der Licht-Schrankenanordnung der möglichen seitlichen
Schwankungen der einzelnen optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen angepaßt
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (8) zur
Bewegung der Meßobjekte proportionale Zeilimpulse erzeugt, die über eine Torschaltung (6)
einem Zähler (9) zugeführt werden und daß die Torschaltung (6) für die Zeitimpulse durchlässig
ist, wenn wenigstens einer der Pholodetektoren (1) der Lichtschrankenanordnung erregt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Durchmessern
entsprechenden gezählten Zeitimpulse auf Datenträgern gespeichert werden.
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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