近日，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所張旭志研究員團(tuán)隊(duì)在微生物生長(zhǎng)分析儀及其應(yīng)用技術(shù)研究領(lǐng)域取得了新進(jìn)展，成果以“Analytical methods for assessing antimicrobial activity of nanomaterials in complex media: Advances, challenges, and perspectives”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Nanobiotechnology上；以“Automatically showing microbial growth kinetics with a high-performance microbial growth analyzer”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Biosensors and Bioelectronics上。
生命、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)藥、臨床、化學(xué)、化工、食品、材料、工業(yè)、國(guó)防等眾多領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)都需要精確掌握目標(biāo)微生物的生長(zhǎng)代謝特征。但如何高效、精準(zhǔn)測(cè)定真實(shí)基質(zhì)中微生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線始終是一個(gè)難以克服的技術(shù)瓶頸。這是因?yàn)榭蒲泻蜕a(chǎn)真實(shí)場(chǎng)景中人們面臨的基質(zhì)往往具有復(fù)雜的物理和化學(xué)性質(zhì)，采用光學(xué)法測(cè)定其中微生物的生長(zhǎng)過程時(shí)，由于共存物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生折射、反射、散射、吸收等干擾，信號(hào)的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性較差；采用傳統(tǒng)的電化學(xué)方法測(cè)定其中微生物的生長(zhǎng)過程時(shí)，囿于不可避免的電極污染、極化和鈍化現(xiàn)象，信號(hào)的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性也不理想。
為解決上述問題，張旭志研究員團(tuán)隊(duì)研制出了32通道高效微生物生長(zhǎng)分析儀（HPMGA）。配套的專用軟件CellStatz可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線，還能夠一鍵報(bào)告生長(zhǎng)速率曲線和生長(zhǎng)加速度曲線。驗(yàn)證結(jié)果表明，無論是均勻分散的微生物還是附壁、沉淀的微生物，無論它們是生長(zhǎng)增殖在單純基質(zhì)（如透明度、均勻性良好的液體培養(yǎng)基）還是在復(fù)雜基質(zhì)（如血液、牛奶、污水污泥）中，HPMGA都能夠報(bào)告精確的、重現(xiàn)性良好的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線、生長(zhǎng)速率曲線和生長(zhǎng)加速度曲線，從而實(shí)現(xiàn)依靠現(xiàn)有其它自動(dòng)化儀器無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。除普適性之外，HPMGA還展現(xiàn)出了良好的實(shí)用性，具有易操作、效率高、應(yīng)用成本低、經(jīng)濟(jì)性好、數(shù)據(jù)處理方便等特性。
HPMGA普適性示意圖
本工作攻克了困擾分析科研界近半個(gè)世紀(jì)的難題，研制的HPMGA是微生物生長(zhǎng)分析技術(shù)的革命性突破，在國(guó)際上首次為高效且精確測(cè)定復(fù)雜基質(zhì)中微生物生長(zhǎng)曲線提供了可靠工具。更重要的是，它是世界上第一款能夠自動(dòng)報(bào)告生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)加速度曲線及曲線上的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析儀器，為產(chǎn)生具有顛覆性意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)奠定了儀器和方法基礎(chǔ)。本研究獲得了山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2020CXGC010703）和山東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（ZR2020KB021）的支持。