全自動微生物鑒定和藥敏分析儀器的探討

1 概述

     

     由多種病原微生物所致的傳染病遍布臨床各個科室，其中細菌性感染最為常見，因此抗菌藥物也就成為臨床應(yīng)用最廣泛的藥物之一。在抗菌藥物治愈和挽救了許多患者生命的同時，也出現(xiàn)了由于抗菌藥物應(yīng)用不合理的問題，給病人健康乃至生命造成了重大影響。所以準(zhǔn)確、及時的發(fā)現(xiàn)和鑒定病原體并快速做出病原學(xué)診斷和藥物敏感性試驗是當(dāng)務(wù)之急。從上世紀(jì)80年代后期微生物學(xué)家和工程技術(shù)人員密切合作，在對微生物進行深人研究的基礎(chǔ)上，采用物理和化學(xué)的分析方法，根據(jù)細菌不同的生物特性和代謝產(chǎn)物的差異，逐步發(fā)展了微量快速培養(yǎng)基和微量生化反應(yīng)系統(tǒng)，在儀器內(nèi)部安裝了恒溫孵育箱，通過微機和恒溫電路自動維持和調(diào)節(jié)溫度，自動檢測是否有細菌生成及細菌的類型，使微生物鑒定和抗菌素敏感性試驗及最低抑菌濃度值(MIC)的測定在一臺儀器中自動完成。至今，全國應(yīng)用自動化細菌鑒定儀器的臨床細菌室約占近半的比例，為快速、正確的細菌學(xué)報告及指導(dǎo)臨床合理用藥提供了可靠的依據(jù)。

 

2 全自動微生物鑒定和藥敏分析儀器的介紹

 

     該類儀器是用于鑒定各種病原菌，主要是革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、腸球菌屬及真菌等，檢驗菌種可達500多種。可以同時做抗菌藥物敏感性試驗，以幫助臨床醫(yī)生做出正確的病原學(xué)診斷并制定治療方法。

 

2.1 儀器的基本工作原理

     全自動微生物鑒定和藥敏分析類儀器結(jié)合自動化、微機化和先進的微生物檢驗方法，可同時做細菌鑒定和藥敏試驗，能夠?qū)εR床大多數(shù)細菌進行快速鑒定和藥敏實驗。

      細菌鑒定原理:采用傳統(tǒng)的比色法和快速熒光法。根據(jù)不同類別細菌的理化性質(zhì)不同，設(shè)計不同的測試卡，每一張卡包括多項生化反應(yīng)。儀器采用光電比色法測定細菌因分解底物導(dǎo)致PH值改變或由于細菌生長利用底物而引起的透光度變化;其熒光法是在測試卡的小孔中加人酶底物，使其與細菌產(chǎn)生的酶結(jié)合生成熒光物質(zhì)。儀器在較短的時間內(nèi)能夠分析細菌對不同生化底物所產(chǎn)生的發(fā)熒光的物質(zhì)，通過讀數(shù)器測定熒光強度來判定細菌胞外酶;采用熒光技術(shù)鑒定細菌，速度可以提高4-8倍。兩小時可提供鑒定報告。

     細菌鑒定實驗底物有幾種不同類型，各個不同品牌的儀器均使用自己的測試卡和相應(yīng)的試劑;以酶為基礎(chǔ)的反應(yīng)底物，包括顯色底物和熒光底物;以微生物生長為基礎(chǔ)的底物是糖類底物和化合物底物，還有混合底物;通過與各種細菌發(fā)生氧化、降解及水解反應(yīng)，產(chǎn)生顏色的變化或產(chǎn)生熒光物質(zhì)，利用顯色和熒光強度的變化來鑒定細菌的菌型。儀器會自動選擇底物進行分析。

      藥敏試驗也有兩種測定法:比濁法和熒光測定法。根據(jù)藥敏試驗的判讀標(biāo)準(zhǔn)，每一種藥物設(shè)計了多個稀釋梯度，每一種抗生素測定最低抑菌濃度可用3-8個測試孔不等，在卡中加人一定濃度的菌懸液;系統(tǒng)配有專用光電比濁儀，便于測定由不同細菌配置菌懸液的濃度。由于孔內(nèi)微生物生長會形成小顆�；蚓奂�成團塊將引起濁度變化，儀器采用光電比濁法測定各個測試孔的濁度變化，每隔一定時間讀取數(shù)據(jù)一次，讀數(shù)器會測得不同的吸光度值，得以獲取待檢菌在不同濃度藥液及不同藥物中的生長率。最低抑菌濃度值(MIC)的測定是在含有各種濃度的抗生素的反應(yīng)卡中加人待測細菌的菌懸液，經(jīng)過一定時間孵育后，用光電比濁法測定其透光率，獲取吸光度值，若細菌生長，濁度增加，吸光度值增大，表示該孔內(nèi)的抗生素不能抑制細菌，反之表示細菌被抑制，以最小藥物濃度仍然能夠抑制細菌的反應(yīng)孔為該種抗生素對此菌的MIC值。用熒光技術(shù)測定時在肉湯中加人熒光底物，大部分菌種都能在5小時內(nèi)判讀MIC值，并根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)報告其藥物敏感結(jié)果(S,I,R)。MIC卡每種藥物均有多個稀釋度。儀器在每一次讀取數(shù)值后，自動將所測取的數(shù)據(jù)與存儲在硬盤中的菌種資料庫標(biāo)準(zhǔn)菌生物模型相比較，由電腦分析得出的結(jié)果做出鑒定，可通過打印機打印報告。

 

2.2 儀器的主要組成部分

     儀器主要有菌液接種和封口裝置、讀數(shù)器1恒溫孵箱、電腦系統(tǒng)和測試卡等組成。

     菌液接種和封口裝置的作用是將待測的樣品注人測試卡中，然后封口。不同廠家的儀器采用不一樣的技術(shù)，有的是配有真空加樣器用于菌液接種，可使卡中的所有孔接種一次完成;有的儀器接種和封口采用熱切割器，下面接真空倉，試管中的菌懸液樣品接加樣管通過彎管與測試卡相連，在真空倉負壓的作業(yè)下，菌懸液充人到測試卡的每一反應(yīng)孔中。熱切割器產(chǎn)生200℃以上的高溫，將接種完菌液的測試卡，齊孔在彎管處切斷并封閉。還有的儀器采用重力自加樣技術(shù)，接種均勻，保證反應(yīng)孔中無氣泡殘留。

     儀器均在其內(nèi)部裝有恒溫孵箱和讀卡器。孵育箱一般是轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，有直立的原柱轉(zhuǎn)盤，用于放置測試卡。孵箱內(nèi)由CPU控制恒溫電路，保持恒定的溫度，在箱內(nèi)有光電讀數(shù)器，由光路部分發(fā)出的單色光掃描每塊測試卡的每一個孔，通過光電比色或比濁測定細菌因分解或利用底物導(dǎo)致的顏色或濁度的變化，通過讀數(shù)器將該變化的吸光度值變成電信號，再由微機分析一計算。

     儀器的光源是采用發(fā)射紅、藍、綠等單色光的發(fā)光二極管或鹵素?zé)艏訛V光片作光源，每隔一定的時間掃描一次每塊測試卡的各個反應(yīng)孔，獲取顯色反應(yīng)的吸光度值;用紫外線燈照射檢測熒光底物孔的反應(yīng)。不同的儀器采用不同的光電轉(zhuǎn)換器件將吸光度信號和熒光信號轉(zhuǎn)變成電信號，包括光電三極管、光電倍增管及比較先進的電荷藕合器件CCD做光電轉(zhuǎn)換器。

      通過機內(nèi)的CPU自動記錄和分析每次判讀的每個反應(yīng)孔的結(jié)果。在存儲器中存儲的運算法則按照反應(yīng)底物種類區(qū)分反應(yīng)時間及判讀次數(shù)。對于藥敏試驗則通過定量分析濁度或顏色的變化，判斷每個檢測孔內(nèi)微生物是否生成;儀器內(nèi)的微機程序自動計算濁度變化的斜率，并與陽性對照孔斜率比較，再分析計算出最低抑菌濃度值(MIC );有的儀器其CPU會對不同種類的抗生素和不同種屬的微生物及生長的等級采用不同的特殊運算法則，較精確的判斷微生物是否生長。大多數(shù)藥敏實驗結(jié)果在6小時內(nèi)完成。一般是在最后一次判讀結(jié)果后由打印機打印含有MIC值和藥物敏感性S,I,R結(jié)果的報告。

     儀器均帶有條碼掃描器掃描測試卡上的條碼，將待測卡的各種信息錄人到機內(nèi)的存儲器中。能自動識別卡的功能，區(qū)別鑒定和藥敏，按照設(shè)定的時間自動孵育和讀數(shù)。

      電腦系統(tǒng)一般是配置性能較好的微機。安裝有較強大的軟件包:包括(1)菌種資料庫。(2)流行病學(xué)/院內(nèi)感染統(tǒng)計軟件:可以提供多種流行病學(xué)統(tǒng)計報告。(3)藥品管理軟件:其中的條件抗生素報告可以提供敏感結(jié)果，便于控制廣譜抗生素的使用，指導(dǎo)合理用藥，減少耐藥菌株的產(chǎn)生。并對藥敏實驗結(jié)果提供標(biāo)準(zhǔn)解釋，指導(dǎo)臨床正確進行抗感染治療(4)專家系統(tǒng)軟件可以幫助解釋和檢測實驗結(jié)果。(5)中文報告系統(tǒng)軟件。軟件還帶有數(shù)據(jù)統(tǒng)計程序，能進行各種統(tǒng)計學(xué)分析;可以編輯不同的統(tǒng)計目的、范圍、時間、菌種及藥物等流行病學(xué)報告。

全自動微生物鑒定和藥敏分析系統(tǒng)的鑒定和藥敏測試功能都是由不同的測試卡來實現(xiàn)的。其中細菌鑒定卡有幾十種，包括了大部分菌種，藥敏測試卡等。不同的儀器使用的測試卡形狀和孔數(shù)不同，均是專用的卡板，由廠家提供，價格差別較大。但都包括各種類型的細菌鑒定卡、MIC測定快速鑒定卡及藥敏和鑒定組合測試卡等。

一般儀器還帶有故障自檢功能，可以防止由于系統(tǒng)故障造成的結(jié)果異常。

      全自動微生物鑒定和藥敏分析系統(tǒng)由于自動化程度高，功能齊全，體現(xiàn)了微生物檢驗的最新進展，廣泛運用于臨床微生物檢驗、衛(wèi)生防疫和商檢等部門。