细菌检验的自动化

近年来，随着物理、化学、分子生物学和计算机等领域先进技术的快速发展并向临床微生物学的渗透以及多学科的交又互融，临床微生物检测逐渐向快速化、自动化方向发展，并且已经取得了许多突破性的进展，出现了许多自动化接种培养系统、自动化染色系统、微生物自动鉴定系统和药敏分析系统，以及全套的自动化系统。这些系统缩短了微生物检验的工作时间，提高了检验的阳性率和准确性，不仅在临床微生物检验中广泛应用，而且在微生物学的其他方面也被采用，是今后临床微生物学检验发展的方向和趋势。

一、微生物标本前处理系统及自动染色系统

临床微生物标本接种质量的好坏是决定最终检测报告是否准确的基础。然而，微生物实验室一直面临着传统的手工接种标准化难且耗费人力的难题。近年来，随着全自动微生物样本处理系统的出现，使得微生物实验室工作繁琐、自动化程度低和标本溯源性差等问题得到了不同程度的改善。

（一）微生物标本前处理系统

应用工业化设计，通过计算机控制、条形码识别、轨道和机槭臂的操作，完成微生物标本的接收、接种和培养的自动化。这种系统可以实现接种操作标准化，使其重复性更好、可比性更高；使用一次性接种器、吸头或自动进行接种环灭菌，避免了交叉污染；减少接触潜在致病性标本的机会，提高了安全性；提高工作效率，可接种各种临床常见标本，如痰、尿、便、无菌体液和拭子等，并且能够同时处理多份样本和多种培养基；标本定量接种，可进行菌落计数，平板菌落分布均匀。

（二）自动染色系统

1．革兰染色仪

采用雾化喷嘴，对玻片上标本进行标准化染色，染色基本原理基于不同细胞壁对结晶紫的渗透性不同，将革兰阳性菌染成蓝紫色，将革兰阴性菌染成红色。性能特点：①全自动革兰染色系统采用雾化喷嘴，精确试剂用量，片间无交又污染，高通量设计，几分钟内染色完成，每小时可处理百张涂片；②可根据涂片厚度、标本类型选择设定不同程度的脱色强度；③操作简单，设定程序完成后，涂片即干燥，可直接镜检；④全封闭系统，无需外接供水系统，减少接触潜在致病性标本的概率，提高安全性。

2．抗酸染色仪

使用浸泡染色法，对涂有标本玻片进行抗酸染色或荧光染色，主要采用冷染法。性能特点：①操作简单，染色过程标准化，具有预设程序并支持程序自定义功能；②染色效率高，可同时染色多张玻片；③工作人员无需接触染液，活性炭过滤器可中和染色剂蒸汽；④提供化学固定，避免交叉污染；⑤自动排弃废液。

二、自动血液培养系统

传统的手工血培养需每天观察培养瓶的变化并进行盲目转种，既费时、费力，阳性率又不高。20世纪70年代以后，出现了许多半自动化和全自动化的血培养检测和分析系统，使检测变成快速简单的自动化操作，缩短了工作时间，提高了阳性检出率。

（一）以检测导电性和电压为基础的血培养系统

细菌在生长代谢过程中，可产生电子、质子和各种带电荷的原子团，可通过检测培养基的导电性或电压判断有无微生物生长。

（二）应用测压原理的血培养系统

部分细菌在生长繁殖过程中，会吸收或产生少量气体。例如，多数需氧菌在胰酶消化大豆肉汤中生长时，首先消耗培养瓶中的氧气，表现为吸收气体；厌氧菌生长时最初仅产生气体（主要为CO₂），无吸收气体现象。因此，可利用培养瓶内压力的改变判断微生物的生长状况。

（三）采用光电原理检测的血培养系统

微生物在生长代谢过程中会产生CO2，引起培养基pH及氧化还原电位改变，培养瓶中的某些代谢产物采用光电比色法检测，可以判断有无微生物生长。此法是目前国内外应用最广泛的自动血培养系统。每个血培养瓶底部装置一个CO₂感受器，微生物在代谢过程中产生的CO₂与瓶底感受物质发生反应，产生的游离氢离子使感受器上的指示剂变色或被激发光源激发释放出特定的荧光，产生的光信号通过仪器内高灵敏的光电信号系统转化为电信号，由计算机分析判断有无微生物生长。

三、自动化细菌鉴定药敏系统

无论是商品化的手工细菌/真菌鉴定系统还是自动微生物数码分类鉴定系统均采用微生物数值编码鉴定技术。给每种细菌的反应赋予一组数码，其阳性值按照“4、2、1位置计数法”分别转换为4、2、1数，阴性值则为0。每三个生化反应的加值，得到一个数字。15个生化反应分为5组，从而得到5位数，此即为用于细菌鉴定的编码，再与已经建立的生化反应结果数据库对比，将数码转换成菌名，最终得到鉴定结果。自动药敏分析仪主要采用微量肉汤稀释法，通过自动化仪器进行判读。这些仪器自动化程度高，测试速度快：自动加样、定时扫描、自动分析、节省人力和减少误差等。快速荧光测试板最快2～4小时得到结果，绝大多数细菌4-6小时内得出结果，常规测试板的鉴定时间一般为18小时左右；功能范围大：鉴定细菌种类包括需氧菌、厌氧菌及真菌，总数可达100～700种不等，同时还可进行细菌的多种抗菌药物敏感性试验、最低抑菌浓度测定。测定卡的抗菌药物组合种类较多，便于临床选择应用；它们还具备质量控制与数据处理：使用一次性测试卡并设有内部质控系统，可避免由于洗刷不净而造成的人为误差，保证仪器的正常运转：可根据用户需要，自动完成对鉴定细菌及药敏结果的统计学报告。软件不断升级，检测能力和数据统计功能不断增强。

质谱分析仪器基于基质辅助激光解吸电离／飞行时间检测技术而建立的细菌鉴定系统。其原理是：微生物电离后，带电样本通过电场进入飞行时间检测器，离子依质荷比不同而分离，最终可以在飞行管的末端检测到每个离子的丰度，形成指纹图谱，通过软件对这些指纹图谱进行处理并和数据库中各种已知微生物的标准指纹图谱进行比对，从而完成对微生物的鉴定。

四、微生物医院内感染分析系统

近年来，随着分子生物学理论和技术的发展，并向临床微生物检验的渗透和应用，使得细菌鉴定、耐药基因的检测、分子流行病学的调查变得更加准确和快速。各种细菌基因分型技术在判定医院内感染的暴发、寻找感染源以及识别一些特殊的致病菌等方面发挥着重要的作用。

五、微生物实验室信息化

临床微生物检验过程十分复杂，操作繁琐，检验周期长，在此过程中产生大量信息，信息内容与结构比较复杂，大多实验室都是手工记录，记录数据混乱且难以长期保存，査询困难，随着临床微生物检验自动化的发展，离不开实验室的信息化，即所谓的实验室信息系统（ Laboratory Information Management System，LIS）。临床微生物LIS通过与微生物检验相关仪器连接，与医院信息系统（ Hospital Information Management System，HIS）一并实现临床微生物室的无纸化，将检验过程中从接收接种标本相关信息、分纯鉴定菌落形态的描述再到药敏试验结果所产生的大量数据实现信息化，便于在线让临床医师随时查阅微生物检验状态，同时可导入 WHONET软件，用于上报国家细菌耐药监测网，也便于进行细菌菌谱分布趋势及耐药率统计，供临床医师使用抗生素时参考。