基本信息
- 项目名称：
- 基于ATP生物发光机理的致病菌微生物检测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本系统利用ATP生物发光法实现了致病菌微生物的检测，是一种即时的检测方法，检测过程简便、快速，几分钟内即可完成。系统通过微处理器控制实现自动位移控制，光强的高速数据采集，计算机结合标准模型数据建立结果分析的数学模型。实现了ATP微生物检测的实时智能化。检测速度快，结果准确可靠。
- 详细介绍：
- 生物荧光检测是基于荧火虫发光机理所设计。荧火虫发光细胞内具有特殊的发光物质—荧光素及荧光素酶，荧光素易被氧化，它在荧光素酶催化下，由ATP激活，使之与氧结合，荧光素分子中的电子跃迁到高能级，处于不稳定的激发态，当电子跳回到低能级时，即发出荧光光子（Hr）。由于ATP能不断提供能量，因而荧光素分子不断地被激活，即可连续地发出荧光，其荧光强度与ATP浓度在一定范围内成线性关系，通过用发光光度计，可以检测出待测液中ATP含量。该法灵敏度极高，可检测出10uL样品中的10-13gATP含量。ATP是一种高能磷酸化合物，所有活细胞都含有ATP分子。例如，从大肠杆菌中提取的ATP含量为每毫克干菌体6X10-9—14X10-9mg。利用这一点，可从活细胞中提取ATP，通过荧光检测，可以很快测出样品中的微生物总量。自动ATP生物荧光技术在欧洲和北美广泛应用于乳品工业中，如生乳活菌数检测、UHT乳活菌数检测、设备清洁度的评估及成品架售期的推算等。与传统和其它类型的微生物检测方法相比，ATP生物发光法具有操作简便、灵敏度高、检测快速等优点；任何人经过简单培训即可进行操作，检测灵敏度与常规方法比较，灵敏度提高30~100倍，不需要微生物样品的培养，整个检测过程可控制在30分钟内，检测时间缩短2/3，如检测生乳样本仅需5min，自动化设备每小时可检测240个样本。可迅速发现可能存在的污染环节，及时采取措施，从而尽可能避免产品和资金的浪费。相信，随着ATP生物发光检测技术的不断改进和完善，此方法必将广泛应用于人们日常生活的各个领域，从而极大地促进人们生活水平的提高。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 生乳等食品营养物质丰富，细菌繁殖速度快。传统的检测方法操作繁琐、耗时长，给企业的正常生产带来不便，甚至造成经济损失。因此研究快速检测细菌的方法是十分必要的。食物成分中微生物含有ATP，利用ATP生物发光检测技术用细菌的ATP作为荧光素酶催化发光的必需底物，可以通过荧光素酶复合物进行检测，试样所释放的光强和ATP含量呈线性关系这一原理，对微生物数量进行快速检测。这种生物发光法是一种即时的检测方法，其过程无需培养，操作简便、灵敏度高，在短时间内即可得到检测结果，是目前检测微生物最快的方法之一。本系统通过微处理器控制实现自动位移控制，光强的高速数据采集，计算机结合标准模型数据建立结果分析的数学模型。实现了ATP生物检测的实时性，很好的把光机电结合，实现了光机电一体化的自动控制。检测速度快，结果准确可靠。检测灵敏度与常规方法比较，灵敏度提高30~100倍，整个检测过程可控制在30分钟内，检测时间缩短2/3，显著提高了检测效率。
科学性、先进性
- ATP是化学物质三磷酸腺苷的简称。它是一种含有高能磷酸键的有机化合物，存在于所有生物体中，是各种生命活动能量的直接来源。鉴于ATP存在于所有生物体中，所以可以通过检测ATP，可以间接地证明生物体的存在；利用ATP生物发光检测技术，其发光强度与微生物的数量呈线性关系来检测微生物的含量。 荧光微生物检测的优点：1、快速采用平皿培养法测定细菌总数需要48小时，测定霉菌、酵母菌等则需要7天，而采用ATP荧光法检测，无需培养过程，最短可在几十秒内完成一个样本的测定，快速提供污染程度的信息；2、灵敏度高其灵敏度可以达到10-12mol／L，如果能够控制住某些环节，灵敏度可提高到10-18mol／L；3、常规检测一般涉及培养基的制备及现场采样器材的准备等，采用此方法操作简单，可使工作量大幅度减轻，实现简捷化、效率化；4、可扩展性ATP荧光法的检测对象不仅限于微生物，还适合于对食品生产设备或与食品密切接触设备等清洁度的检测、医院手术器械清洁程度的检测等诸多方面。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着对食品安全问题的不断重视，国家对食品安全的规范化管理；这就对食品的质量检测提出了刻不容缓的要求。基于这些就需要有准确、快速的检验方法和设备。生物发光法无需培养过程，操作简便、灵敏度高，在短时间内即可得到检测结果，可使细菌检查的工作量大幅度减轻，实现简捷化、效率化；对直接改善卫生环节的状况，对现场确认污染状况并使其数值化，对卫生监督员的现场应急处理提供快捷可靠的依据，提出具有说服力的行政指导，具有其它微生物检测方法无可比拟的优势。基于ATP生物发光法机理的致病菌微生物检测系统利用ATP生物发光检测技术来检测微生物的含量，技术达到国内领先水平。无论何种微生物，只要选择一种合适荧光素酶，都可检测，完全可以满足食品、药品及化妆品企业进行生产质量控制以及出入境检验检疫、质量技术监督和疾病控制等部门进行环境卫生监督和现场检测的要求。其过程准确、省时省力和省成本、检验迅速；不但在目前具有较大的市场前景，而且是今后这一领域的发展方向，应该进一步加强实际应用中的影响因素评估与研究，以满足市场要求。
同类课题研究水平概述
- 1测试片 以无毒的高分子材料作为培养基载体，将特定的培养基和显色物质附着在上面，通过微生物在上面的生长、显色来测定食品中微生物的方法。 2即用胶测定法 该测定方法是将少量食物样品倾入一盛有无菌液体培养基的试管中，混匀后再将混合物倒人一个装有胶质的特殊培养皿中。混合物与胶质接触后便形成琼脂相似的复合物，经培养后便可计数菌种及数量。 3螺旋板系统 涂布系统把已知体积液体样品连续涂布在旋转的琼脂板表面，涂布针自旋转琼脂平板的中心部位向外周移动，螺旋式涂布，样品涂布量递减。在单一平板上可获得1:1-1:10000的系列稀释度。培养后，便可对菌落计数。 4滤膜法 将样品溶液通过滤膜，样品中的微生物被阻留在滤膜上，再将滤膜放在合适的培养基上培养一段时间，然后计数观察的方法。 5阻抗法 原理是基于微生物在生长繁殖过程中，会使培养基的电阻发生变化，且这种变化与细菌生长曲线相似，不同细菌的阻抗曲线均不相同。 6免疫分析检测 基本原理是基于抗原与抗体间的特异性反应。免疫荧光技术免疫荧光技术是用荧光素标记的抗体检测抗原或抗体的免疫学标记技术。 7酶联免疫吸附法 它多采用夹心式设计，即用包被的抗体捕获抗原，用另一个结合酶的抗体与抗原结合，再用一种生色酶底物与之反应生色，通过肉眼观察或比色法记录结果。 8免疫磁珠分离法 将磁性微球与免疫化学技术结合起来的一种方法。该方法是先用抗体包被的磁珠与样品棍合，再用一个磁场装置收集磁珠。 9基因芯片 将各种基因寡核苷酸点样于芯片表面，微生物样品DNA经PCR扩增后，制备荧光标记探针，然后再与芯片上的寡核苷酸点杂交，最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物。 10PCR技术 应用该方法可使极微量的特定DNA片断在几小时内迅速扩增至百万倍。由于PCR技术具有特异性强、灵敏度高和快速准确的特点，因而发展迅速，应用范围越来越广。 11ATP生物荧光技术 用细菌的ATP作为荧光素酶催化发光的必需底物，可以通过荧光素酶复合物进行检测，试样所释放的光强和ATP含量呈线性关系这一原理，对微生物数量进行快速检测与传统和其它类型的微生物检测方法相比，ATP生物发光法具有操作简便、灵敏度高、检测快速等其他方法不可比拟的优点。
