相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年4月9日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/977,330的美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。

本發(fā)明涉及使用生物傳感器和dna染色技術(shù)、用于對(duì)在流動(dòng)的水系統(tǒng)(例如涉及海水的系統(tǒng))中的微生物進(jìn)行連續(xù)地、自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地檢測的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

在任何涉及流動(dòng)的水的系統(tǒng)中，水中微生物的存在會(huì)以消極的方式影響系統(tǒng)。這類問題的例子包括微生物影響的儀器腐蝕，系統(tǒng)或儲(chǔ)液器的堵塞，生物淤積等等。參見通過引用并入本文的美國專利8,525,130,其討論了在海水淡化工廠中由生物淤積引起的問題，并且努力進(jìn)行探測和分析例如在工廠設(shè)備上生長的生物膜。

雖然有很多已知的利用生物傳感器檢測微生物的存在的方法學(xué)，這些方法對(duì)液體例如天然水、再生水、海水等等的適用性的可用信息是有限的。關(guān)于這方面，美國專利8,206,946同樣通過引用并入本文。

美國專利6,787,302,其公開內(nèi)容通過引用并入本文，教導(dǎo)了使用市售染料“syto16”來檢測液體樣品中的活細(xì)胞。同樣參見美國專利8,206,946、公布的美國申請(qǐng)20040191859和pct申請(qǐng)wo19950191859,其公開了使用熒光染料來檢測微生物。所有這些文件內(nèi)容均通過引用并入本文。

這些參考文獻(xiàn)中沒有一個(gè)教導(dǎo)或公開了用于實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)中的方法和/或設(shè)備，所述實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)能被用來自動(dòng)地并連續(xù)地對(duì)水樣品，例如海水中的微生物的存在進(jìn)行監(jiān)控。

下文公開的本發(fā)明涉及解決上文所提出的問題的設(shè)備和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及用于在連續(xù)的基礎(chǔ)上自動(dòng)監(jiān)測流動(dòng)的水系統(tǒng)(例如，海水)中的微生物的方法和設(shè)備。進(jìn)一步地，本發(fā)明包括向自動(dòng)的微生物傳感器中并入dna染色技術(shù)，因此能通過染色的dna對(duì)微生物進(jìn)行檢測，所述dna在微生物中是普遍存在的。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明的一種實(shí)施方式。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

圖3a和圖3b示出了進(jìn)一步的結(jié)果。

圖4示出了還進(jìn)一步的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

圖1示出了本發(fā)明的一種實(shí)施方式。參照?qǐng)D1，描述了連接至管道117的管道閥門“101”。這在下文討論的生物傳感器和海水注入側(cè)線之間起到連接件界面的作用。同樣描述了壓力調(diào)節(jié)器102，其能調(diào)節(jié)注入至生物傳感器中的水的壓力，并且保證穩(wěn)定流入樣品室。如下文所顯示的，水的壓力應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0巴。

帶限定器元件“103”的管道裝置同樣促進(jìn)了水以穩(wěn)定、規(guī)則的流動(dòng)進(jìn)行輸送。水流經(jīng)所述管道裝置進(jìn)入樣品室“104”。該室有恒定的溢流，其保證了新鮮樣品的持續(xù)可用性。同樣示出了自動(dòng)注射器“105”，其被校正以獲得精確的樣品體積(例如5ml)，二端口注入閥“106”和分配閥“110”使其變得容易。注入閥106將水從樣品室和指示劑儲(chǔ)液器107中移出。當(dāng)樣品和dna染色劑混合時(shí)，自動(dòng)注射器“105”將液體反復(fù)吸取，然后其被轉(zhuǎn)移到混合室“108”，以進(jìn)一步保證均勻的混合。但是，更普遍的是注射器被用來從例如樣品室、下文討論的指示劑儲(chǔ)液器、儲(chǔ)液器111和112獲得液體樣品，并從空氣過濾器(本文中未示出)獲得空氣樣品。液體或空氣然后能夠被轉(zhuǎn)移至樣品室、指示劑儲(chǔ)液器、下文討論的混合室、同樣在下文討論的流動(dòng)池和儲(chǔ)水器。閥110和注入閥106的位置控制著對(duì)樣品的獲取和分配。同樣示出了流動(dòng)池“109”(其可以被視為流經(jīng)池)，容納例如蒸餾水的第一儲(chǔ)液器“111”，和容納清潔劑的第二儲(chǔ)液器“112”，每一儲(chǔ)液器設(shè)置有裝置“113”和“114”，用于將各自原料吸取進(jìn)同樣被示出的工作設(shè)備中。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，分配閥110為機(jī)動(dòng)的。如圖1的實(shí)施方式中所示出的，所述分配閥有多個(gè)端口(在此實(shí)施方式中，8個(gè)，每一端口以一導(dǎo)向線代表)，其控制著注射器從何處吸取液體或空氣，并且當(dāng)注射器排空時(shí)向何處分配注射器內(nèi)容物。本文還示出了用于保護(hù)所述設(shè)備防御外界的外殼裝置115的一部分。傳感器本身未在此圖中示出。測量之后，樣品的廢料通過裝置116轉(zhuǎn)移至例如廢液池(其未示出)中。

在操作時(shí)，設(shè)備自動(dòng)地或手動(dòng)地被轉(zhuǎn)到“開”模式。當(dāng)這個(gè)是自動(dòng)進(jìn)行時(shí)，可以使用計(jì)時(shí)器、計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)際或局域網(wǎng)連接等等。當(dāng)使用自動(dòng)計(jì)時(shí)器時(shí)，其被設(shè)置為使用標(biāo)準(zhǔn)或定制軟件打開計(jì)算機(jī)，或者對(duì)作為生物傳感器的一部分的電腦進(jìn)行編程，或者通過內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。自動(dòng)計(jì)時(shí)器裝置使用的能量最少但是也可以使用其他系統(tǒng)。

通過上文描述可以看出，本發(fā)明的設(shè)備使用了分配系統(tǒng)以運(yùn)輸和混合液體(例如，水樣品、染料溶液、清潔劑和沖洗水)。在所描述的實(shí)施方式中，使用了注射器，但是技術(shù)人員能夠知道用于分配和混合的其它模式的可能性。

在操作時(shí)，將水樣品例如海水從樣品室移出，并且以精確的量(如下文討論的)與指示劑(例如dna結(jié)合染料)以預(yù)定但可變的比例進(jìn)行混合。所述比例取決于很多因素，包括指示劑的性質(zhì)、被測試液體的鹽度和其他因素。在這些實(shí)例中，greeni((n',n'-二甲基-n-[4-[(e)-(3-甲基-1,3-苯并噻唑-2-亞基)甲基]-1-苯基喹啉-1-um-2-yl]-n-丙基-1,3-二胺))與有著55％鹽度的海水以1:10,000的比例混合?；旌衔镆灶A(yù)定的時(shí)間進(jìn)行培養(yǎng)，以使得指示劑滲透通過細(xì)菌的細(xì)胞膜并使指示劑與例如dna進(jìn)行結(jié)合。培養(yǎng)時(shí)長的選擇可以變化，并且取決于所需的敏感度而增加。在下面的例子中，培養(yǎng)時(shí)間為40分鐘。

培養(yǎng)之后，樣品被泵送至流動(dòng)池，所述流動(dòng)池已改造成通過例如熒光對(duì)指示劑進(jìn)行檢測，例如使用具有激發(fā)波長為490nm的led光源。使用該參量是因?yàn)槠渥儫釙r(shí)間短，并且能量需求低。光的進(jìn)入和發(fā)射可以通過濾光器進(jìn)行控制使得干擾最小化，發(fā)射光通過光譜測定法在520nm處測得。眾所周知的是可以根據(jù)所使用的指示劑的性質(zhì)改變led的性能和濾光器。任何通過本文描述的系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存在傳感器計(jì)算機(jī)中，并且可以直接或遠(yuǎn)程獲取。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，濾光器和led波長可根據(jù)所使用的染料而改變。

操作時(shí)長和在給定的時(shí)間期間內(nèi)可以采取的測量數(shù)取決于多個(gè)因素，例如試劑容器的尺寸。

實(shí)施例1

下面的例子描述了上文所述的實(shí)施方式的應(yīng)用。允許設(shè)定運(yùn)行26天，在檢測之前一天3次測量并且需要更換試劑。

生物傳感器放置在平的表面上，并且連接至電源(230v交流電，電源帶有火線、零線和地線)。需要指出的是該系統(tǒng)能夠適于使用太陽能板、控制件和電池。

進(jìn)一步地，傳感器與側(cè)線連接，壓力小于10巴。該連接通過在連接件處推動(dòng)變得容易，其促進(jìn)了運(yùn)輸裝置的連接和替換，所述運(yùn)輸裝置將水引入到系統(tǒng)中。

在操作時(shí)，當(dāng)前系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為在40℃以下工作。如果溫度升至超過40℃，包含的元件將關(guān)閉系統(tǒng)。如果所使用的元件對(duì)溫度不敏感，或者在系統(tǒng)中引入冷卻裝置，則該特征不需要。

接下來詳細(xì)介紹該系統(tǒng)工作時(shí)的一般方式；但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到可能的改變。

生物傳感器首先測量溫度和濕度以判定是否存在限制的參數(shù)(例如，溫度高于40℃，或者濕度高于90％)。如上文所提到的，如果出現(xiàn)這種情況設(shè)備將關(guān)閉。

傳感器同樣提供有關(guān)是否需要補(bǔ)充任何試劑的信息。

如果環(huán)境條件合適并且存在所需要量的試劑，加熱分光計(jì)，對(duì)系統(tǒng)用樣品進(jìn)行沖洗。接下來，水樣品和使用預(yù)設(shè)比例的量的染料溶液被吸入注射器中。這些通過將液體反復(fù)泵送至混合室(例如三次)而進(jìn)行混合?；旌现?，培養(yǎng)樣品，將樣品送至流動(dòng)池，并檢測熒光。

接下來，用清潔劑、蒸餾水、空氣然后再次蒸餾水對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。然后系統(tǒng)關(guān)閉，輸入關(guān)于何時(shí)該過程需要重復(fù)的自動(dòng)指令。

本文描述的本發(fā)明將分析水樣品的時(shí)間從數(shù)周降低至數(shù)小時(shí)。

實(shí)施例2

通過上文提出的方法分析水源。從圖2可以看出，從頭計(jì)算的微生物含量高；但是，在箭頭標(biāo)記指示的點(diǎn)處(測量開始之后十天)，加入生物滅殺劑，并且值低于測定極限。(注意，圖2的數(shù)據(jù)代表熒光信號(hào)和手工計(jì)數(shù)之間的相關(guān)性)。

實(shí)施例3

本文描述的本發(fā)明的長期現(xiàn)場試驗(yàn)在沙特阿拉伯進(jìn)行。圖3a和3b呈現(xiàn)了此數(shù)據(jù)，再次以熒光染色和手工計(jì)數(shù)之間的相關(guān)性的形式。線性相關(guān)性允許其轉(zhuǎn)換為細(xì)胞數(shù)(每毫升海水中的細(xì)胞數(shù))。基于尤其是樣品的化學(xué)組成、染料和微生物尺寸，每個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換因數(shù)不同。

實(shí)施例4

在長期的現(xiàn)場試驗(yàn)中，在4個(gè)月期間，海水的微生物含量每天測量三次。圖4示出了結(jié)果，所提供的有用信息不僅關(guān)于微生物的存在還包括生長率增長或降低的周期。例如，隨著生物滅殺劑處理，沒有可檢測到的微生物，之后增長率增加。

其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是清楚的并且不需要再重復(fù)。

所使用的術(shù)語和表述被用為描述而不作為限制，并且在使用這些術(shù)語和表述時(shí)無意排除所示出和描述的特征的任何等價(jià)形式或其部分，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是多種變化均可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。