近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所張旭志研究員團(tuán)隊在微生物生長分析儀及其應(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)微生物的生長代謝特征。但如何高效、精準(zhǔn)測定真實基質(zhì)中微生物的生長動力學(xué)曲線始終是一個難以克服的技術(shù)瓶頸。這是因為科研和生產(chǎn)真實場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)法測定其中微生物的生長過程時，由于共存物質(zhì)會產(chǎn)生折射、反射、散射、吸收等干擾，信號的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性較差；采用傳統(tǒng)的電化學(xué)方法測定其中微生物的生長過程時，囿于不可避免的電極污染、極化和鈍化現(xiàn)象，信號的準(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)隊研制出了32通道高效微生物生長分析儀（HPMGA）。配套的專用軟件CellStatz可以實時呈現(xiàn)微生物生長動力學(xué)曲線，還能夠一鍵報告生長速率曲線和生長加速度曲線。驗證結(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都能夠報告精確的、重現(xiàn)性良好的生長動力學(xué)曲線、生長速率曲線和生長加速度曲線，從而實現(xiàn)依靠現(xiàn)有其它自動化儀器無法實現(xiàn)的目標(biāo)。除普適性之外，HPMGA還展現(xiàn)出了良好的實用性，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世紀(jì)的難題，研制的HPMGA是微生物生長分析技術(shù)的革命性突破，在國際上首次為高效且精確測定復(fù)雜基質(zhì)中微生物生長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報告生長速率、生長加速度曲線及曲線上的動力學(xué)參數(shù)的自主知識產(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研發(fā)計劃項目（2020CXGC010703）和山東省自然科學(xué)基金重點項目（ZR2020KB021）的支持。