一 两类设备基础工作原理

1. Bioscreen一体化孵育‑振荡‑检测主机

设备腔体内部集成高精度温控孵育模块、多模式振荡托盘、底部氙灯光源以及上方光电检测器,整套光学检测组件安置于密闭培养腔体内部。样品放置深井蜂窝板之后,仪器自动完成恒温孵育、定时振荡混匀、多波长或者宽波段浊度扫描,全程样品不需要挪动,能够开展最长1600 h长时间无人值守监测,输出基于透射光强的微生物生长动力学曲线。整套硬件专为液体微生物悬浮液浊度检测定制。

2. 外置延时成像监测系统

成像主机独立于培养设备,常规结构为恒温培养箱负责孵育,微孔板放置培养箱内部,定时取出微孔板运送至成像设备;或是把小型成像探头安置在普通培养箱腔体当中,依靠显微摄像头逐层拍摄微孔内部图像,依靠图像像素占比、颗粒数量换算生物质浓度,还能够记录菌体形态、菌丝团聚、孢子发育等微观信息,属于图像识别式检测方案。


二 Bioscreen一体化设备优点

1. 整套系统密闭集成,孵育、振荡、检测处在同一个腔体环境,样品全程不需要移动。不会因为转运微孔板产生温度波动、菌体沉降、外界杂菌污染,适合厌氧菌、容易沉降的丝状真菌、微藻长时间培养。

2. 双层加热热盖结构可以抑制水汽冷凝、培养液蒸发,数十天长期孵育微孔内液体体积几乎不会发生损耗,规避基质浓缩带来的数据偏移;腔体孔间温控误差小于±0.1℃,温度均匀度优于普通外接成像搭配的常规培养箱。

3. 内置多档位振荡系统,支持直线振荡、轨道振荡、自定义振荡‑静置时序,每次扫描之前摇晃悬浮菌体,解决细菌、藻类沉降问题;外置成像设备大多缺少板体振荡功能,菌体沉淀之后成像结果误差很大。

4. 搭载8通道滤光轮和标配宽波段浊度通道,可以抵消有色培养基、植物浸出液、发酵色素造成的光学干扰;透射式浊度检测信噪比高,低初始菌浓度阶段平行样重复性好。

5. 软件内置成熟动力学算法,可直接输出延滞期、最大生长速率、最终浊度、抑菌参数,适配大批量药物筛选、菌株耐受性实验,一次可同时运行200组样品。


三 Bioscreen一体化设备缺点

1. 检测信号只能够读取整体浊度数值,无法观察菌体微观形态、菌丝分支、细胞团聚、孢子生成等图像信息,只能够获得宏观生物质数据。

2. 专用深井蜂窝板属于定制耗材,不能够直接使用市面通用96孔微孔板,耗材采购成本更高。

3. 原厂本体不带光照模组,开展光合微生物培养需要额外采购外置LED光照配件。

4. 氙灯光源属于消耗件,长时间不间断工作存在光源衰减问题,需要定期光路维护和光源更换。


四 外置延时成像系统优点

1. 可以留存每一个时间节点的微孔显微照片,能够分析菌体大小、菌丝形态、细胞团聚程度、孢子萌发,实现生物质定量加形态观测,适合霉菌、丝状真菌、菌体团聚类课题研究。

2. 多数机型适配市面上通用标准96孔板,专用耗材投入更低,样品制备更加灵活。

3. 成像设备和培养箱互相独立,可以一台成像设备轮流读取多台培养箱里面的微孔板,高通量筛选阶段硬件利用效率更高。

4. 依靠颗粒像素识别计数,能够区分部分大型菌丝团聚体,普通透射浊度仪只会读取整体透光强度,难以分辨菌体团聚现象。


五 外置延时成像系统缺点

1. 绝大多数常规成像设备腔体没有集成振荡模组,静置培养过程菌体沉降至微孔底部,成像只能够拍到底层沉淀颗粒,上层悬浮菌体无法精准统计,生长曲线重复性较差。

2. 如果需要转运微孔板拍照,取放过程温度产生波动、外界空气进入容易引发污染;培养箱内部加装固定式成像探头时,普通培养箱温控均匀度较差,长时间培养微孔水分蒸发严重。

3. 彩色、浑浊培养基会干扰图像像素识别,培养基色素、固体杂质容易被算法误识别为微生物菌体,背景干扰的处理能力弱于Bioscreen宽波段浊度通道。

4. 图像扫描耗时较长,96孔板完整成像往往需要数分钟,扫描间隔很难设置至短周期;而一体化浊度仪器多通道读取速度快,可以设置十几分钟一次高频检测。

5. 图像分析算法参数调试繁琐,不同批次微孔成像光照很难保持一致,需要频繁进行背景校正。


六 不同实验场景选用方案

1. 普通细菌、酵母菌液体生长动力学、抑菌筛选、大批量平行对照实验,优先选用Bioscreen一体式设备,温控、振荡、抗色素干扰能力可以保障数据稳定性。

2. 丝状真菌、孢子发育、菌体团聚、需要观测微生物微观形态变化的实验,选用外置延时成像监测系统。

3. 有色天然基质、长时间厌氧培养、超过72 h长期孵育实验,优先一体化仪器,降低蒸发、冷凝、沉降带来的系统误差。