近日，中國水產科學研究院黃海水產研究所張旭志研究員團隊在微生物生長分析儀及其應用技術研究領域取得了新進展，成果以“Analytical methods for assessing antimicrobial activity of nanomaterials in complex media: Advances, challenges, and perspectives”為題發表在國際學術期刊Journal of Nanobiotechnology上；以“Automatically showing microbial growth kinetics with a high-performance microbial growth analyzer”為題發表在國際學術期刊Biosensors and Bioelectronics上。

生命、農業、環境、醫藥、臨床、化學、化工、食品、材料、工業、國防等眾多領域的科研和生產都需要精確掌握目標微生物的生長代謝特征。但如何高效、精準測定真實基質中微生物的生長動力學曲線始終是一個難以克服的技術瓶頸。這是因為科研和生產真實場景中人們面臨的基質往往具有復雜的物理和化學性質，采用光學法測定其中微生物的生長過程時，由于共存物質會產生折射、反射、散射、吸收等干擾，信號的準確性和重現性較差；采用傳統的電化學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、極化和鈍化現象，信號的準確性和重現性也不理想。

為解決上述問題，張旭志研究員團隊研制出了32通道高效微生物生長分析儀（HPMGA）。配套的專用軟件CellStatz可以實時呈現微生物生長動力學曲線，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（如透明度、均勻性良好的液體培養基）還是在復雜基質（如血液、牛奶、污水污泥）中，HPMGA都能夠報告精確的、重現性良好的生長動力學曲線、生長速率曲線和生長加速度曲線，從而實現依靠現有其它自動化儀器無法實現的目標。除普適性之外，HPMGA還展現出了良好的實用性，具有易操作、效率高、應用成本低、經濟性好、數據處理方便等特性。

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的難題，研制的HPMGA是微生物生長分析技術的革命性突破，在國際上首次為高效且精確測定復雜基質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參數的自主知識產權分析儀器，為產生具有顛覆性意義的科學發現奠定了儀器和方法基礎。本研究獲得了山東省重點研發計劃項目（2020CXGC010703）和山東省自然科學基金重點項目（ZR2020KB021）的支持。