微生物快速检测系统

1 检测技术原理

当微生物接种到液体培养基中，并且在其中增殖代谢，培养基中大分子物质会被分解成小分子或者不能再被降解的物质。这些代谢产物导致培养液电阻改变。

如果培养基中放入一对电极，并且接通交流电压，这个阻抗的改变（=交流电场中电阻抗，单位S）和导纳（=电阻抗的倒数，单位Ω）

实际上，电阻抗（Z）是一个复合值，它由电容C和电阻R通过如下公式计算而来：

F...Frequency

阻抗的降低和电流的增加导致导纳的增加

微生物的代谢通常也会使导电率和电容增加，从而阻抗降低。

所有阻抗技术测量的概念：导纳、导电率、电容和电阻都是基于不同的测量策略，但是所有的参数是相互影响的。

实际意义的信号是由电导率和电容组成的电信号，受频率和温度影响。

2直接阻抗测量

如1.1所述，培养液中营养物质由于微生物代谢而被分解。通常培养基中的营养物质都是不带电荷或微带电荷的大分子物质，但是微生物的代谢使其分解成高电荷的离子，因此，培养液的导电性增加。

举个简单的例子，例如葡萄糖的分解：葡萄糖本身不带电荷，分解后变成2个乳酸，乳酸根带电荷，增加了导电率。当然，在实际过程中，乳酸会继续被分解，知道co₂和H₂O,最后培养液中就是OH-,H+，CO2-,大大增加培养基的导电性。

BacTrac就是定期的记录培养液中这种阻抗率的变化，并且将它简化换算成微生物的定量。

3间接阻抗测量

在间接阻抗检测的过程中，不直接检测营养物质的改变，而是检测由释放的CO2与KOH反应导致的阻抗值改变。

CO2与KOH发生的化学反应式：

CO₂+2OH^-→CO₃^2-+H₂O

在此测试过程中，将1ml，0.2%KOH加入检测瓶外瓶（密封盖，短电极），样品加入内瓶，将内瓶放入外瓶，拧紧外瓶盖，放入培养。放入样品的内瓶口不能密封，以保证微生物代谢释放的CO2可以与外瓶的KOH接触。

所有需要繁殖的微生物代谢都会产生CO2，因此都适合使用间接法检测

微生物代谢产生的CO2被电极周围的KOH溶液吸收，导致阻抗增加。因此检测信号值降低。

因此间接检测是个快速简便的过程，对于所产生的CO2有较高的检测灵敏度，尤其对于霉菌和酵母的检测，其变化偶尔很难用直接阻抗法测量，而间接法就更加有优势。

4 BacTrac信号的发展

BacTrac4000系列的仪器每次测量均记录2组特殊的阻抗值。分别用E值和M值曲线图表示，E值和M值都是基于阻抗分裂法的测量原理。

这种相对的测量方法的优点在于：所有的曲线有共同的起点，从而消除产品在开始检测导电性不稳导致的波动。

M值的改变与培养基相对起始阻抗值的减少，M值主要体现的是阻抗导纳的改变（cf.2.1）。它直接受营养液组成离子浓度的影响，所以高导电性的培养基不建议使用M测量，因为微生物在其中生长导致的阻抗的改变不容易被检测到。

BacTrac系列采用专业的阻抗分离测量技术，可以用于高导电性的培养基，大大扩张了阻抗检测的应用范围。阻抗分离的概念就是，除了M值的改变， E值（电极阻抗）改变也会被记录。复合阻抗值Z中电容组成部分---电极阻抗是相当重要的。如何测量电极阻抗值正是BacTrac的技术核心所在。

如果使用高盐浓度培养液，培养基成分的改变对E值的影响不明显（例如：适合病原菌选择性培养基的检测）。

E值测量，电极四周的表面需被培养基包围

M值测量，所有电极必须与培养基接触。使用可重复使用检测瓶，最少需要0.5ml培养液，使用一次性检测瓶，最少需要1ml培养液

使用间接测量法（CO2），E值不作为主要参考值。

仪器检测过程中每隔10分钟记录一次%M值和%E的改变。

作为高分辨率电子测量技术，M值0.5~1%的改变和E值2~3%的改变已经可以看作明显的改变。

相对于M值结果，E值结果允许稍高的波动，因为E值测量技术灵敏度更高。