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实时检测水中微生物的高精度检测仪

实时微生物检测仪(水中微生物)

阿自倍尔在“以人为中心的自动化”理念下,以顾客需求作为自身的使命之一,考虑开发并实际应用前所未有的新型测量技术。此次,重新开发出了检测水中微生物的划时代的实时微生物检测仪(水中微生物)。以往的培养法在检测微生物时需要几天时间,作为该培养法的补充测量方式,受到了医药品行业及食品行业的关注,这些行业需要使用将微生物浓度控制在一定范围内的纯化水。

背景/需求

费时费力的水中微生物检测。对快速检测方法的需求日益增长

在医药品、化妆品及食品的生产、医疗器具清洗等过程中,使用去除了杂质的纯化水。在此种用途的水中不能含有的杂质之一便是微生物。

即便是经过各种过滤及灭菌过程精制而成的水,有时也会因为在罐中储存或者是在管道中循环导致微生物繁殖,所以需要经常监视水中是否有微生物繁殖。

目前,作为微生物检测最标准的方法,使用了琼脂培养基的“培养法”(图1)需要花费时间来培养微生物,由于需要计算微生物的数量,因此需要花费数日才能得出检测结果[*1]

由于这些原因,需要进行水质管理的医药品行业和食品行业,一直在寻求能够在短时间内进行检测,而且与培养法具有同等检测性能的方法。

図1.培養法による微生物の検出方法

图1.通过培养法来检测微生物的方法

[*1]例如,制药用水的微生物检测在日本药典中有所规定,使用标准琼脂培养基时需要48小时到72小时的培养,使用低营养浓度的R2A琼脂培养基时需要4天到7天的培养。

开发的要点

应用激光诱导荧光法,实现实时的检测

IMD-W;的外观(宽470mm×高464mm×深318mm)

IMD-W的外观(宽470mm×高464mm×深318mm)

为了满足正确且快速检测水中微生物的需求,阿自倍尔开发出了实时微生物检测仪(水中微生物)。<内有产品图片>

微生物细胞中含有的代谢物质及蛋白质等有机物,具有在受到特定波长的激发光照射时,组成物质的分子被激发(能量的转化),发出与激发光波长不同的微弱荧光的特性。阿自倍尔着眼于微生物发出的荧光,根据粒子发出的荧光的波长及强度,开发出了从光学的角度检测水中微生物的新方式。

实时微生物检测仪是能够实时且连续检测水中浮游微生物的划时代的产品。能够检测到的对象和大小范围为0.5㎛到10㎛的细菌、真菌、芽胞等微生物(图2)。此外,只需让要计量的水流经装置,便可进行微生物检测,不需要试剂等消耗品。而且,不用进行取样、培养、染色等操作,基本上没有由于人为参与而产生交叉污染的风险。

图2.使用实时微生物检测仪能够检测到的物质范围

图2.使用实时微生物检测仪能够检测到的物质范围

自行开发出识别荧光光谱差异的光学系统和算法

实时微生物检测仪的技术要点有以下2点。

  1. 开发识别微生物的算法

    在作为检测对象的水中,存在微生物以外的各种粒子(设备管道的腐蚀产生的金属氧化物、垫圈、泵等活动部位产生的树脂等)。并且其中一部分还会发出荧光。因此,为了正确检测微生物,需要从光学角度来识别微生物和微生物以外的粒子。

    阿自倍尔独自计量了水中微生物及微生物以外各种粒子的荧光特性,并明确了荧光光谱(每种荧光波长的强度分布)的区别。并且在这些研究成果的基础上,开发出了用于测量水中微生物及粒子发出的散乱光以及2种波长范围的荧光的强度,并结合共计3种光信号的信息来识别微生物及其以外粒子的独自的算法(图3)。

    图3.微生物及树脂粒子的荧光光谱的区别(左)、利用3个频道的光信号来识别微生物的概念图(右)(右)

    图3.微生物及树脂粒子的荧光光谱的区别(左)、利用3个频道的光信号来识别微生物的概念图(右)

  2. 光学系统和流路系统的开发

    水中微生物发出的荧光极其微弱,为了使激发光有效照射水中微生物,并且将微生物发出的荧光有效聚集到光接收元件后进行检测,重新开发出了独有的光学系统和流路系统(图4)。

    作为光接收元件,在散射光强度很强时使用光电二极管,在检测微弱的荧光时采用光电倍增管。此外,关于流路系统,因为要将激发光照射到粒子上,并将产生的光传给光接收元件,所以开发出了使用透明材料做成的样本流路(流动池)。采用特殊的曲面形状构成的该流动池,在抑制内部反射的同时,能够使荧光有效地聚集到光接收元件上。

    图4. 实时微生物检测仪的光学系统概念图

    图4. 实时微生物检测仪的光学系统概念图

成果和今后的展望

已确认与培养法结果高度相关,且检测灵敏度高

将实时微生物检测仪得出的微生物7个菌种的实时检测结果(微生物浓度)与培养法的检测结果进行比较时,证实二者具有相关性(图5)。
而且,微生物和其他粒子的识别试验结果显示,微生物3个菌种的阳性识别率达到了98%以上,橡胶包装材料及衬垫材料等粒子的阳性去除率达到了89%以上(图6)。此外,粒子的检测范围为0.15-50000个/100ml,检测灵敏度极高也是其特点。

实时微生物检测仪作为可以实时且连续检测微生物的方法,不仅可以补充培养法的不足,该产品将来还有可能取代培养法。
此外,还可以将实时微生物检测仪与监视系统连接,简单迅速地将微生物数量的变动可视化。因此,作为生产过程的监视数据,能够实时捕捉到水质及水设备的缺陷等。

阿自倍尔在有效利用独特见解的同时,面向制药行业、食品行业、水处理设备行业等,作为包含运用在内的解决方案建议使用实时微生物检测仪。

图5. 具有代表性的水中微生物的实时微生物检测仪检测结果(微生物数)和培养法结果(菌落数)的相关性

图5. 具有代表性的水中微生物的实时微生物检测仪检测结果(微生物数)和培养法结果(菌落数)的相关性

图6. 水中微生物的阳性识别率和其他粒子的阳性去除率

图6. 水中微生物的阳性识别率和其他粒子的阳性去除率

azbil Technical Review

Technology for Real-Time Detection of Microbes in Water