激光係統提供了更便宜、更快的病原體檢測

新的衛生法規帶來了今年年初,歐盟對食品加工實施更嚴格和更嚴格的測試要求,使他們有必要盡可能快速高效地完成這項工作。

普渡大學的研究人員說,他們已經開發出一種新係統,分析散射激光快速識別細菌應用在醫學、食品加工和國土安全部在十分之一傳統技術的成本。

技術被稱為細菌快速檢測使用光散射技術的工作原理是使用一激光通過一個皮氏培養皿中細菌菌落生長在營養培養基。

這項研究的一個主要動機是減少所花費的時間在食品加工行業識別有害生物。食品加工工廠的科學家通常成長文化測試危險的病原體,保羅·羅賓遜說大學項目的研究人員之一的Bindley生物科學中心。

“乳製品行業,例如,在培養皿中生長的細菌,確保產品是安全的,但工業正在嚐試開發技術將很快確定生物,“羅賓遜說。“同樣的事情適用於臨床微生物學和其他實驗室。與我們的光散射方法,識別有害生物需要不到5分鍾後在培養皿中長大的。分析速度比任何其他方法,很簡單。”

機器粒子反射的光,稱為光子,一個菌落。散射光的模式是培養皿的背後投射到屏幕上。

“燈光發散模式”是用數碼相機記錄和分析複雜的軟件來識別類型的細菌生長在殖民地。

這項工作是由阿倫•Bhunia食品微生物學教授丹尼爾•Hirleman普渡大學的機械工程學院。研究結果發表在本月的《生物醫學光學。

Hirleman改編他的一些以前的工作開發新類型的傳感器,光散射分析等應用程序對象檢測雜質在矽晶片上電腦芯片製造和測量燃料液滴的大小和速度在噴氣發動機。

“我們改編的一些想法,研究食品安全建立散射儀,現在我們使用的第二代儀器,“Hirleman在一份新聞稿中說。

技術的一個重要部分是通過采用一個數學方法創建於1934年由荷蘭物理學家弗裏茨·澤尼克,誰創建了一組數學“描述符”隨後稱為徑向澤尼克多項式。這些描述符可以用於分析如何扭曲光波模式經過鏡頭有複雜的缺陷或畸變。

單個細菌菌落生長在培養皿中也扭曲通過光,就像一個鏡頭光波模式的變化。

“因此,我們可以認為殖民地鏡頭和使用澤尼克多項式,”Rajwa說。

細菌的形狀等因素,其折光指數——或者他們彎曲多少光——由一個特定的細菌分泌的物質的類型和個體細菌在殖民地之間的距離,導致殖民地如何扭曲光線。

程序標識一個菌落通過比較圖像的散射模式對澤尼克多項式描述模板,包含120個特性。

“一個很好的類比是執法所使用的方法來識別一個人的臉使用專門的識別軟件,”Rajwa表示。”可以形容的臉是由幾何圖形的組合,像橢圓形、正方形和三角形,但是每個麵都有一個獨特的形狀。我們做類似的東西。我們減少了複雜的散射模式到120數字基於澤尼克多項式。”

數字的集合描述了殖民地的適合的模板,然後使用模式識別軟件對細菌進行分類。

“最重要的進展之一是能夠將圖像轉換成數字,這使得它可以分類的模式,”Rajwa說。“我們能夠把圖像和將其轉換成數字,獨特的描述每一幅畫。”

研究人員使用新係統分類六種李斯特菌,隻有其中一個是一個危險的食源性病原體對人類。

“如果你有一個混合物不同的李斯特菌,你想知道哪些是可以殺了你,”Rajwa說。“我們拍照片的散射模式從不同的李斯特菌,我們能夠準確分類的。”

科學家們使用係統來準確地識別其他類型的細菌菌落,包括沙門氏菌、弧菌、大腸杆菌和芽孢杆菌。

“我們能夠分類細菌菌落的概率大於90%是正確的,這是你能做的與設備成本超過100000美元,”Rajwa表示。”,與傳統的係統,我們的非侵入性的方法是100%,這意味著我們可以執行過程沒有染色,操縱或殺害生物樣本。”

Rajwa說技術不需要複雜的實驗室設備。一個係統可以設計,這樣就不需要博士學位的人。

“整個美麗的係統是你不侵犯你想測量的生物環境,”Rajwa表示。“如果你正在與幹細胞,你不想染色,看看它們的幹細胞。你希望能夠看看殖民地在培養皿中沒有碰殖民地,沒有染色或破壞殖民地。”

大規模生產係統基於技術將包括便宜的,現成的硬件,如紅色激光和低分辨率的數碼相機可以在消費電子產品商店,和可能的成本不到1000美元,研究者計算。

這項研究最近收到了來自美國農業部的資金通過普渡中心的食品安全工程。

研究人員說,進一步的工作將包括研究開發一個圖形用戶界麵。

“現在它需要一個合格的、訓練有素的人做所有的認可,“Rajwa表示。“我們需要一個係統,你可以把一個培養皿或其他容器到係統,你按回車鍵,電腦說,“這是這種類型的沙門氏菌菌株,“實時和它很快。沒有絕對的根本原因我們不能這樣做,和我們很接近實際的原型可以商業化的產品。”

研究人員提出的臨時專利數據處理技術,和一個完整的專利申請已提交在底層光散射技術。