一種多通道自動化細菌快速接種儀及其使用方法
2024-04-07 01:22:05
專利名稱：一種多通道自動化細菌快速接種儀及其使用方法
技術領域：
本發明屬醫學檢驗技術領域，具體涉及一種多通道自動化細菌快速接種儀的研製及其使用方法。
背景技術：
細菌分離培養是進行細菌鑑定和藥物敏感試驗的基礎。利用接種環分區劃線以獲取單個菌落，是經典的細菌接種方法。由於對儀器、設備等工作條件要求較低而便於推廣， 該方法一直沿用至今。但該方法也存在一些弊端。首先，該方法對個人操作水平要求較高， 必須做到無菌操作，通過嚴格培訓和長期操作實踐，才能獲得理想分離效果；其次，在接種標本的過程中，需要點燃酒精燈、電爐等明火，用以接種環快速滅菌，而使用明火會對生物安全櫃的氣流產生影響，並且在處理揮發性物品和易燃物品時，也易造成危險；再次，人工接種方法，總體效率低，並受操作者個人水平和接種習慣影響，難以進行全程質量控制，不符合實驗室對自動化、標準化的要求；另外，在接種過程中，標本完全暴露於空氣中，操作者與標本近距離接觸，自身健康受到威脅，不符合實驗室生物安全越來越高的要求。細菌接種的自動化和標準化是臨床微生物實驗室研究和發展的主要方向之一。目前，臨床微生物學實驗室很少配備自動化細菌接種儀。國際上，除少量大型實驗室配備全自動細菌分離培養系統外，僅有少數幾種自動化細菌接種儀投放市場，而且多數仍處於逐步完善階段。就實際應用而言，自動化細菌接種儀遠沒有生化分析儀或血細胞計數儀成熟。 其中，以法國interscience公司研製的easySpiral Pro全自動螺旋接種儀最具代表性。 該儀器目前已經推出至少三代產品，成功實現了自動加樣、自動接種、自動消毒等自動化過程，一次接種全過程僅數十秒。然而，easySpiral Pro全自動螺旋接種儀也存在一些明顯缺陷。如，在接種過程中，完全打開的平皿開口向上暴露於空氣中，易於受到周圍空氣中細菌汙染，只能在生物安全櫃中操作；其次，對平板外觀質量要求較高，必須使用標準平板，自製培養基可能無法接種。培養皿中瓊脂的厚度、平整度、表面光滑程度，以及有無空泡等，對接種效果的影響均很大，如，接種針接觸高速旋轉中的平板，可能把平板中稍不規則的瓊脂捲起，使接種失敗；再次，在整個接種過程中使用的是同一根接種針，儘管採用了新技術，並且每次接種後都進行清洗、消毒，但，由於部分細菌對消毒劑具有很強的抵抗力，尤其是能夠形成芽胞的細菌，要在很短時間內徹底殺滅所有細菌，幾乎是不可能的；同時，由於標本自身的特點，在處理含雜菌量較大的糞便、痰液等粘稠性標本時，通過快速清洗、消毒，很難完全杜絕交叉汙染的發生，另外，接種針還有可能攜帶殘餘消毒劑，對後續標本中的細菌生長產生抑制。操作簡便、工作效率高是自動化儀器的突出優點。儘管easySpiral Pro全自動螺旋接種儀一次接種過程僅數十秒，這僅僅是指接種需要的時間，細菌標本不同於生化、免疫標本，大部分標本要進行預處理，如痰，而且由於人工更換平板時需要停頓，多個標本連續操作的過程實際上難以實現連續全速進行。另外，該儀器為單臂(單通道)接種儀，每次只能處理一份標本，每個工作循環(包括清洗消毒、吸樣、接種過程)也只能完成1塊平板接種，1份標本可能接種3塊不同的平板，需要人工更換3次平板。如果每天處理100份標本，就要暫停並人工更換平板300次，其中每份標本都要求更換3次不相同的平板，不僅嚴重影響儀器的工作效率，而且，要求正確、快速並頻繁地更換不同平板，會增加工作人員的勞動強度。 儘管實現了自動加樣、自動接種、自動消毒等自動化過程，但在實際操作過程中，仍然要求至少1名工作人員寸步不離地協助，自動化的優勢無法充分發揮出來。本發明的目的，是設計一種多通道自動化細菌快速接種儀並介紹其使用方法。與現有所有自動化細菌接種儀不同，本發明採用完全創新的接種原理，使細菌接種更為簡便、 快速。近似於伯努利原理，高壓氣體將液態標本壓入特製標本杯內的細管後，從微孔噴出， 遇到外部的空氣被霧化，並直接噴塗到平板上，從而達到接種的目的。被水霧直射區域的平板(平板中心區域)接種的標本量大，而遠離直射的區域接種標本量少，僅霧狀接種，從而實現將標本在平板上有層次展開，提高了標本在平板上的分散度。中心區域接種了適量標本， 保證檢測靈敏度；而平板周圍區採用霧狀分散，可以得到足夠的單個菌落。同時，多個接種通道設計，大大提高了工作效率，1次10份標本(接種3種、共30塊平板)，可以在5分鐘內輕鬆處理好，並避免了頻繁更換平板帶來的麻煩(僅更換3次平板);以清潔壓縮空氣作為推動劑，清潔、無公害，符合生物安全的要求。而且，與現有同類儀器比較，本發明具有操作方便、工作效率高、儀器生產成本低廉，適合在各層次微生物實驗室推廣、使用的特點。
發明內容
本發明為以高壓氣體作為驅動力的多通道快速細菌接種儀。主機部分主要包括特製樣品杯、樣品杯託架、平皿託架、平皿無菌罩以及氣體分配系統五個部分，整臺儀器外部以不鏽鋼外殼封護；其中固定在主機上的平皿託架在樣品杯託架正上方，並且使平皿託架上放置的每個平皿能夠與樣品杯託架上的樣品杯一一對應；每臺主機配有樣品杯託架和平皿託架各2對，10個獨立的接種通道，一次可以處理10份標本。另外，每臺主機配有小型電動排風扇(可以選配優質電腦主機散熱電扇)1臺、微型電動氣壓泵1臺以及氣體壓力調節閥1隻，並內置於主機。在氣壓泵進氣口配置百級層流罩，以淨化空氣；氣壓泵產生的壓縮空氣，經氣體調節閥調節壓力，使壓力維持在0. 25MPa ；壓縮氣體通過氣體分配系統分流， 作為接種時的樣品分配動力；排風扇可以協助氣體壓力泵散熱並導出主機內可能產生的廢氣，引導氣體的排出方向，並以橡膠軟管導出，出口處可以通向生物安全櫃廢氣出口。第一部分儀器主要部件的組成及設計。特製樣品杯的設計。本發明樣品杯包括一個由PVC製作的四面體杯體(長40mm、寬 40mm、高50mm)；在四面體杯體一側距離杯口上緣IOmm處設計一個直徑8mm的凹槽，凹槽中央開一個直徑5mm小孔，用於與氣體分配管末端連接並匹配，小孔開口處通過導管與杯內相通，導管末端接近樣品液面；樣品杯上有蓋子與杯體通過螺旋密封，蓋子正中設計一個直徑為2. 5mm的細導管通向杯內，導管上端與蓋子連接並封閉，蓋子正對導管的中央處設計1 個直徑為0. 2mm小孔與外界相通，小孔處略低於平皿蓋子Imm左右(圖1)，小孔處用無菌防水不乾膠紙封閉，接種標本時解開。樣品杯託架的設計。樣品杯託架為長方體輕質鋁合金(長950mm、寬60mm，高60mm) 金屬盒，在其頂面上依次設計五個長方體凹槽(長40mm、寬40mm、高50mm)，與樣品杯形狀、 大小匹配，第3個凹槽位於託架中央，其餘各個凹槽中心點依次相距170mm (圖2)，從而固定樣品杯的位置；託架上五個凹槽部位的同一側向外設計一個直徑為IOmm小孔，用於氣體分配管末端穿過與樣品杯側面小孔連接。樣品杯託架底面的外側兩翼設計有2組滑竿，分別與主機上設計的樣品杯託架固定部位的軌道相匹配，這樣設計的託架可以流暢地從主機拉出和推進，而且，當將其推進主機後，其位置是固定的，從而各個樣品杯在主機內的位置也是固定的。平板託架的設計。平板託架為長方體輕質鋁合金(長950mm、寬180mm，高90mm)金屬盒，在其頂面上依次設計五個圓形平底凹槽(深30mm)、內直徑分為150mm和90mm兩種， 與直徑為150mm和90mm平板匹配；凹槽中央下陷，分別形成直徑為140mm(對應於150mm凹槽)和80mm (對應於90mm凹槽)U形凹槽，底部開孔，直徑均為5mm ；平底凹槽沿圓周有1圈向下凹陷，寬度約為2mm，深度5mm(大小與平皿匹配)；第3個凹槽位於託架中央，其餘各個凹槽中心點依次相距170mm，從而固定平板的位置；平板託架底面的外側兩翼設計有2組滑竿，分別與主機上設計的平板託架固定部位的軌道相匹配，這樣平板託架可以流暢地從主機拉出和推進，而且，當將其推進主機後，其位置是固定的，從而各個凹槽(平板)在主機內的位置也是固定的，並且與每個樣品杯的位置對應，並使樣品杯杯蓋上的0. 2mm開口正對U 型凹槽底部直徑為5mm開口的中央(圖3，4)。平皿無菌罩的設計。採用塑料薄膜壓膜，設計大小、形狀與平板託架上的凹槽相匹配，U型凹槽底部的開口，直徑均為5mm(圖4)，經環氧乙烷消毒後一次性使用。平板託架上平底凹槽與U型凹槽串聯使用，上面覆蓋平皿無菌罩，而且平板反扣在平板託架上平底凹槽內，形成「密室」。這樣，在標本接種時，平皿無菌罩用以保護平板託架不被汙染；在下次接種前，重新換上的無菌罩能夠隔離平板與平板託架，保護平板不被汙染，解決標本間可能存在的交叉汙染問題。氣體分配系統的設計。以內直徑IOmm優質塑料管設計2組相互聯通的聯通管，每五根1組，在與樣品杯相連接的一端連接一段長100mm、內直徑5mm不鏽鋼金屬管，金屬管末端連接長度約為5mm、極具彈性的橡膠管，橡皮管外直徑為7mm，內孔直徑為5mm，與樣品杯上的連接部位匹配；5根金屬連通管為一組(圖5)，固定於主機內的1根拉杆上，聯通管末端位置與樣品杯託架上的每個樣品杯相對應，整個拉杆可以前後移動，不能左右移動。採用類似原子筆芯上下移動的控制原理，當按下「聯通/斷開鍵」(控制拉杆)時，彈簧彈出，將金屬管末端前推，使其橡膠管部分緊緊壓在樣品杯上的連接部位，橡膠具有可塑性，使二者緊密連接而不漏氣；再次按下「聯通/斷開鍵」，彈簧收起，二者分離，便於樣品杯託架自由移動； 2組聯通管經同一個氣體分配總管控制，總管由主機面板上一個中間具孔的橡膠活塞控制。 按下「接種」鍵時，活塞具孔部分進入氣體分配總管，氣體通路接通；放開「接種」鍵，彈簧將活塞彈起，活塞具孔部分離開氣體分配總管，氣體通路被活塞封閉，氣體被關閉。
附圖給出本發明多通道快速細菌接種儀主要部件的組成及結構示意1本發明的特製樣品杯的側視平面結構示意2本發明的樣品杯託架的結構示意3本發明的平板託架結構示意4本發明的平皿無菌罩結構示意5本發明的氣體分配系統結構示意6本發明多通道快速細菌接種儀工作原理示意圖。第二部分，多通道細菌快速接種儀使用方法。儀器準備。打開主機電源，打開電動排氣扇、氣壓泵，並調節 壓力至0. 25MPa。接種。1.將無菌採集於樣本杯的樣本編號，解開樣本杯小孔處無菌防水不乾膠紙；2.將樣品杯託架從主機拉出，按順序放入樣品杯至相應位置後推入主機；3.將平板託架從主機拉出，平板凹槽加入1張平皿無菌罩後，打開欲接種平板反扣在相應平板凹槽後託架推入主機；4.按「聯通/斷開鍵」 1次；5.按「接種」鍵1次；6.按「聯通/斷開鍵」 1 次；7.拉出平板託架，取出已接種平板，加蓋後放入孵箱培養。同一份標本如需再接種其他平板，只要放好相應平板並推入主機，再次按「聯通/斷開鍵」和「接種」鍵即可。本發明的優點。本儀器選用相同大小及口徑的特製標本杯、加入等體積標本，採用恆定氣壓，在相同時間噴出的液體是定量的，從而可以實現標本定量接種，而且更直接、 更準確；同時，通過開發不同大小及口徑的標本杯，以及對氣壓進行調節，可以方便地改變標本接種量，以滿足不同標本類型及不同接種量等個性化要求；除痰液、糞便等標本需要預處理外，多數液體標本(如尿液，腦脊液，胸水，腹水等)不僅可以直接收集於標本杯，而且該樣品杯可以直接用於接種標本，避免了標本加樣、轉移過程中可能導致的標本間交叉汙染。 摒棄沿用上百年的接種針(接種環)，採用以氣體作為動力的分散體系，成功實現對標本中細菌的有效分離，這是一個完全創新性的設計，同時，避免了在生物安全櫃內使用明火，杜絕了因接種針攜帶可能造成的標本間交叉汙染，杜絕了因用消毒劑消毒、處理接種針(接種環)可能帶來的消毒劑殘餘；摒棄接種針(接種環)的另一個優點是，對平板外觀質量要求大大降低，瓊脂厚度、平整度、表面光滑程度，以及有無空泡，對接種幾乎沒有任何影響；平板託架上U型凹槽的設計、平皿無菌罩的引進，以及待接種平板開口向下反扣形成的「密室」 效果，解決了標本間可能存在汙染的問題；以壓縮空氣作為推動劑，清潔、無公害，符合生物安全的要求；最重要的是，多接種通道設計，大大提高了工作效率，5分鐘之內可以輕鬆處理10份標本、接種30塊平板，避免了頻繁更換平板帶來的麻煩。與現有同類儀器比較，本發明工作效率高、整臺儀器製作成本低廉，儀器工作時對外部條件要求非常低，除了能夠在大型實驗室應用外，也適合在基層微生物實驗室推廣使用，具有廣闊的市場前景。
權利要求
1.一種多通道快速細菌接種儀，其主機部分主要結構包括特製樣品杯、樣品杯託架、平皿託架、平皿無菌罩以及氣體分配系統五個部分—其特徵在於，每臺主機配有10個獨立的接種通道，一次可以處理10份標本； —其特徵在於，它採用伯努利原理進行標本接種，而不使用接種針或接種環接種標本，杜絕了接種針或接種環攜帶造成標本間交叉汙染；—其特徵在於，四面體標本杯杯身及託架上長方體凹槽的配伍設計，有利於固定標本杯的位置，避免了杯子在託架上移動；—其特徵在於，標本杯側面導管的設計，能夠與氣體分配管末端的匹配，並避免了對後者的汙染，將特製「噴霧器」用於接種標本；一一其特徵在於，特製標本杯託架與平板託架的有機配對設計，使多通道同時接種成為可能；—其特徵在於，平板託架上平底凹槽與U型凹槽串聯使用、平皿無菌罩的引進、平板反扣形成「密室」的獨特設計，解決了平皿間可能存在汙染的問題；—其特徵在於，標本杯託架和平板託架上設計滑竿，並與主機上的軌道相匹配，使二者能夠靈活進出主機，從而便於更換標本和平板；—其特徵在於，以層流罩過濾的空氣作為接種過程的動力，清潔無汙染，即使壓縮氣體洩露對環境也沒有汙染，不會對標本造成汙染或影響細菌生長，也不會汙染、腐蝕主機內部。
2.根據權利要求1，一種多通道快速細菌接種儀，每臺主機配有2個或2個以上獨立的接種通道，採用噴霧接種原理，一次可以處理多個標本；——根據權利要求1，一種多通道快速細菌接種儀，採用伯努利原理進行標本接種，以空氣、其他氣體或液體等流體作為接種的動力，用以驅動標本分散噴塗；——根據權利要求1，一種四面體或其他多面體標本杯杯身及託架上配伍凹槽設計，有利於固定標本杯的位置；——根據權利要求1，標本杯側面設計導管或其他形狀的「噴霧器」被用於接種細菌等微生物標本；——根據權利要求1，一種多通道快速細菌接種儀，其主機部分主要結構包括特製樣品杯、樣品杯託架、平皿託架、平皿無菌罩和氣體分配系統，或同時配有自動加樣器和/或自動平板傳輸系統的實用新型。
3.根據權利要求1，一種特製標本杯，其特徵在於標本杯側面導管的設計，能夠與氣體分配管末端的匹配，並避免了對後者的汙染；蓋子正中設計一個導管通向杯底處，導管上端與蓋子連接並封閉，蓋子正對導管的中央處設計1個小孔，用於接種標本；——根據權利要求1，一種特製標本杯，其特徵在於，除痰液、糞便等標本需要預處理外，多數液體標本(如尿液，腦脊液，胸水，腹水等)不僅可以直接收集於標本杯，而且可以直接用於接種標本，避免了標本加樣、轉移過程中可能導致的標本間交叉汙染。
4.根據權利要求1，一種平板託架，其特徵在於平板託架上設計平底凹槽與U型凹槽， 二者串聯使用，並配以平皿無菌罩，平板反扣形成「密室」。
5.根據權利要求1，一種側面設計滑竿、可以靈活進出主機的標本杯託架和平板託架， 二者有機配對設計，實現標本杯與平板一一對應，使多通道同時接種成為可能；根據權利要求1，一種不實用接種針或接種環的快速細菌接種方法，以空氣、其他氣體或液體等流體作為接種的動力，直接將標本噴塗於培養基上。
6.根據權利要求1，一種平皿無菌罩，其特徵在於，與平板託架上設計的平底凹槽串聯 U型凹槽配伍使用，在標本接種時用以保護保護平板託架不被汙染；在下次接種前，新換上的無菌罩能夠隔離平板與平板託架，保護平板不被汙染。
全文摘要
本發明屬醫學檢驗技術領域，具體涉及一種多通道自動化細菌快速接種儀及其使用方法。與現有所有自動化細菌接種儀不同，本發明採用完全創新的接種原理，使細菌接種更為簡便、快速。不僅能將標本在平板上有層次展開，提高了標本在平板上的分離度，而且可以得到足夠的單個菌落。同時，多接種通道設計大大提高了工作效率，在5分鐘內能夠輕鬆處理好10份標本(接種30塊平板)。清潔、無公害，符合生物安全的要求。與現有同類儀器比較，本發明具有操作方便、工作效率高、儀器生產成本低廉，適合在各層次微生物實驗室推廣、使用的特點。
文檔編號C12Q1/24GK102304470SQ201110228528
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月13日 優先權日2011年8月13日
發明者王敬華, 王科元, 虞培娟 申請人:王敬華, 王科元, 虞培娟