第12章--临床微生物检测仪器与技术

第十二章临床微生物检验仪器与技术石继飞目录第一节自动化血培养仪第二节自动化微生物鉴定及与药敏分析系统第三节自动化细菌分离培养系统重点提示1．血培养系统的检测原理有哪些？2．血培养系统的性能特点是什么？3．自动化微生物鉴定及药敏分析系统的检测原理有哪些？4．微生物自动鉴定及药敏分析系统有哪些性能特点？5．质谱技术用于细菌鉴定和药敏分析的基本原理是什么？6．质谱技术在临床微生物检测方面有哪些应用？7．全自动细菌分离培养系统的工作原理是什么？8．全自动细菌分离培养系统的优势体现在哪些方面？微电子学化学计算机学分子生物学物理学渗透交叉微生物学自动化检测系统概述自动化微生物鉴定及药敏分析系统化检测系统微生物自动自动化血培养系统概述主要功能检测标本中是否有微生物存在，计算机自动扫描进行连续监测，当微生物生长代谢导致某些生长指数超标时，仪器自动报警提示有细菌生长。自动血培养系统概述主要功能将培养基上分离的可疑致病菌配制成纯菌液，放入自动微生物鉴定及药敏分析系统中，通过计算机自动扫描、读数、分析、最后报告鉴定及药敏结果。自动微生物鉴定及药敏分析系统概述第一节自动化血培养仪检测培养基导的血培养系统电性和电压的血培养系统应用测压原理采用光电原理监测的血培养系统根据检测原理分类一、自动化血培养仪的检测原理（一）以测定培养基导电性和电压为基础的血培养系统血培养基中因含有不同电解质而具有一定导电性。微生物在生长代谢的过程中可产生质子、电子和各种带电荷的原子团，通过电极检测培养基的导电性或电压可判断有无微生物生长。1．Malthus112LMicrobiologicalGrowthAnalyser系统由Malthus需氧和厌氧培养瓶、4个分别可容纳28个培养瓶的恒温水浴箱以及培养基导电检测系统组成，通过检测培养基导电性的改变来判断血培养瓶中是否有微生物生长。2．Sentinel系统通过检测培养基电压的改变来判断血培养瓶中是否有微生物生长。一、自动化血培养仪的检测原理一、自动化血培养仪的检测原理（二）以测压为基础的血培养系统许多细菌在生长过程中常伴有吸收或产生气体的现象，因此可利用培养瓶内气体压力的改变检测微生物的生长情况。1．ESP系列ESP（extrasendingpower）系列培养瓶顶部的连接装置与仪器的感压探测器相接，探测器每12分钟监测一次需氧瓶，每24分钟监测一次厌氧瓶，并将气体压力数据传输到计算机。计算机软件以气体压力对时间的变化绘制成生长曲线图，按照特有的方法处理曲线。当培养瓶顶部压力改变达到一定值时，判断为阳性，即有细菌生长；否则为阴性，即无细菌生长。一、自动化血培养仪的检测原理ESP系统检测原理示意图一、自动化血培养仪的检测原理（二）以测压为基础的血培养系统2．自动化菌血测试系统自动化菌血测试系统（oxoidautomatedsepticaemiainvestigationsystem，OASIS）是通过激光扫描而测得气体压力的变化。在培养瓶的顶部有一激光探测器，每5分钟对培养瓶顶部的隔膜扫描一次，隔膜位置的升降可反映瓶内压力的改变。在OASIS培养瓶内有一个磁珠，通过磁珠搅拌可达到振荡培养的目的，使瓶内培养物与培养基作用得更为充分。一、自动化血培养仪的检测原理OASIS系统检测原理示意图一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统目前国内外应用得最广泛的自动化血培养系统。微生物在代谢过程中必然会产生代谢终产物CO2，引起培养基pH及氧化还原电位改变。利用光电比色检测血培养瓶中某些代谢产物量的改变，可以判断有无微生物生长。一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统1．BioArgos系统利用红外分光计检测CO2产生。系统由样本装载部分、检测部分、孵育部分和计算机系统组成。已接种样本的血培养瓶放入样本装载区，由红外分光计对培养瓶进行初次扫描，获得初始读数。血培养瓶被振荡12秒后再移入孵育区进行培养，在培养期间红外分光计连续监测培养瓶内CO2的产生情况，通过CO2水平的变化来判断有无微生物生长。一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统2．BacT/Alert系统培养瓶底部装置CO2感受器，感受器与瓶内液体培养基之间由离子排斥膜相隔。当培养瓶内有微生物生长时，其释放出的CO2可渗透至感受器，并与感受器指示剂上的饱和水发生化学反应，产生游离氢离子使pH降低，感受器上的指示剂溴麝香草酚蓝由绿变黄。反应式如下：阳性培养瓶的判断有三个标准：①CO2初始值超过生物指数基值；②CO2产生的速率持续增加；③CO2生成速率异常增高。一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统2．BacT/Alert系统感受器上方的光发射二极管每10分钟发一次光投射到感受器上，再由一光电探测器测量其产生的反射光。被反射的光越多，提示产生的CO2越多。当感受器的颜色由绿变黄时，其反射光强度逐渐增强，在微机中会自动连续记忆并绘成生长曲线图，再由微机分析判断阴性或阳性，以此确定是否有微生物生长一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统3．Bactec9000系统利用荧光法作为检测手段，其CO2感受器上含有荧光物质。当培养瓶中有微生物存在时，产生的CO2可与感受器中的水发生反应产生H+，使pH降低，此酸性环境促使感受器释放出荧光物质，从发光二极管发射的光激发荧光感受器而产生荧光，并且荧光强度随CO2的产生量增多而增强。光电比色检测仪每10分钟直接对荧光强度进行检测，数据传输到计算机后，生长监测系统根据荧光的线性增加或荧光产量的增加等标准，分析细菌的生长情况，判断阳性或阴性。co2co2co2培养基光电感应器荧光感应物质光源中央处理器报告Bactec9000系列工作原理一、自动化血培养仪的检测原理一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统4．Vital系统Vital系统采用同源荧光技术（homogeneousfluorescencetechnology）监测微生物的生长。与培养基结合的荧光分子在最初具有一定荧光值，当有微生物存在时，其生长代谢过程中或产生CO2，或发生pH改变，或发生氧化还原使电位改变等，均可导致液体培养基内的荧光分子结构发生改变而成为无荧光的化合物，即发生荧光衰减。通过光电比色计检测荧光衰减水平，可判断有无微生物生长。一、自动化血培养仪的检测原理（三）以光电技术为基础的血培养系统4．Vital系统二、自动化血培养仪的基本结构（一）恒温孵育系统1.培养仪二、自动化血培养仪的基本结构（一）恒温孵育系统2.培养瓶二、自动化血培养仪的基本结构（二）检测系统检测系统由计算机控制，对血培养实施连续、无损伤的瓶外监测。工作原理主要是通过自动监测培养基（液）中的混浊度、pH、代谢终产物CO2的浓度、荧光标记底物或代谢产物等的变化，定性地检测微生物是否存在。（三）计算机及其辅助设备收集并分析来自血培养仪的数据，并将患者和培养瓶的资料存入数据库，根据数据的综合分析，判断培养结果，并发出报告。计算机系统还可以进行数据贮存和回顾性分析等。三、自动化血培养仪的性能特点1.自动化血培养仪不仅提供不同细菌繁殖所必需的营养成分，而且瓶内空间还充有合理的混合气体，因而无需另外再从外部接入气体。能最大限度地检出所有可能的阳性样本，防止假阴性。2.以连续、恒温、振荡方式培养，使细菌易于生长；能自动连续地监测生长情况，保证了阳性样本检测的快速、准确。3.培养瓶多采用不易碎材料制成，提高了使用的安全性；可随时将培养瓶放入培养系统，并进行追踪检测。三、自动化血培养仪的性能特点4．采用封闭式非侵入性的瓶外监测方式，有效避免了样本间的交叉感染。5.培养瓶采用双条形码技术，可直接查询到患者样本的培养结果及生长曲线；阳性结果报告及时，85%以上的阳性样本能在48小时内被检出。6.软件系统有较强数据处理功能，随时监测感应器的读数，依据数据的变化来判定样本的阳性或阴性，并可进行流行病学的统计分析。7.除了血液样本的检测，也可以用于临床上所有无菌体液，如骨髓、胸腔积液、腹腔积液、脑脊液、关节液、穿刺液、心包积液等的细菌培养检测，检测范围十分广泛。第二节自动化微生物鉴定与药敏分析系统一、自动化微生物鉴定与药敏分析系统的检测原理（一）微生物鉴定原理•微生物鉴定原理主要基于微生物各自的酶系统不同，新陈代谢的产物与相应底物生化反应的颜色变化各不相同。•大多数鉴定系统采用细菌分解底物后，反应液中pH的变化、色原性或荧光原性底物的酶解、测定挥发或不挥发酸、识别是否生长等方法来分析鉴定细菌。33222HCOHCOHOHCO33222HCOHCOHOHCO一、自动化微生物鉴定与药敏分析系统的检测原理（一）微生物鉴定原理1.光电比色技术仪器采用光电比色法测定细菌因分解底物导致pH改变或由于细菌生长利用底物而引起的透光度变化，以变化百分率作为判断每项生化反应的变量值。在每一张测试卡中设有终点指示孔，在仪器的存储器中有相应的指示终点的阈值。读数器每隔一定的时间对各个反应孔扫描一次，测取各个反应孔的吸光度值，并计算出变化的百分率，一旦变化百分率达到终点阈值，提示该卡已完成反应。仪器在每一次读取数值后，自动将所测取的数据与存储的菌种资料库标准菌生物模型相比较，由电脑分析得出的结果作出鉴定。33222HCOHCOHOHCO33222HCOHCOHOHCO一、自动化微生物鉴定与药敏分析系统的检测原理（一）微生物鉴定原理2.荧光测定技术荧光物质均匀地混在培养基中，通过检测荧光底物的水解、底物被利用后的pH变化、特殊代谢产物的生成和某些代谢产物的生成率，将荧光信号转换成电信号，数据管理系统将与原已储存的对照值相比较，推断出菌种的类型。3.微生物数值编码鉴定技术通过数学的编码技术将细菌的生化反应模式转换成数学模式，给每种细菌的反应模式赋予一组数码，建立数据库或编成检索本。把未知菌进行有关生化试验并将生化反应结果转换成数字（编码），查阅数据库，得到细菌名称。33222HCOHCOHOHCO33222HCOHCOHOHCO一、自动化微生物鉴定与药敏分析系统的检测原理（一）微生物鉴定原理4.质谱技术基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix-assistedlaserdesorptionionization-timeofflight-massspectrometry，MALDI-TOF-MS）用质谱技术对微生物进行鉴定，是对传统的基于生化及表型测定鉴定微生物方法的补充，也是临床微生物鉴定技术发展的一个新里程。33222HCOHCOHOHCO33222HCOHCOHOHCO一、自动化微生物鉴定与药敏分析系统的检测原理（二）药敏试验原理自动化抗菌药物敏感性试验使用药敏测试卡进行检测，其实质是微型化的肉汤稀释试验。应用光电比浊原理，将抗生素微量稀释在板条中，加入细菌悬液，经孵育后放入仪器，或在仪器中直接孵育，仪器每隔一定时间自动测定细菌生长的浊度，观察细菌的生长情况。得出待检细菌在各药物浓度的生长率，经回归分析得到最低抑菌浓度MIC值，并根据美国临床和实验室标准协会的标准得到相应敏感度：敏感“S”（sensitive）、中介“I”（intermediate）和耐药“R”（resistance）等结果。33222HCOHCOHOHCO33222HCOHCOHOHCO二、自动化微生物鉴定及与药敏分析系统的基本结构与和性能特点理（一）自动化微生物鉴定及与药敏分析系统的基本结构1.半自动微生物鉴定及与药敏分析系统主要由系统主机、测试卡、比浊仪、计算机等组成，计算机程序包括鉴定与药敏的数据库、数据储存和分析系统及药敏专家系统。鉴定或药敏测试卡在机外经适当的孵育后，上机读取结果，由计算机进行分析和处理，并报告细菌鉴定和药敏结果。亦可人工进行