基于微流控芯片与图像识别技术的便携式益生菌活菌计数及活性评估系统

本文推荐一种创新型便携式检测系统，结合微流控芯片、荧光生物传感器与智能图像识别技术，可在3分钟内完成益生菌活菌定量（107–1011 CFU mL?1），成本仅2美元/次。该系统突破传统平板计数法（48–72小时）和流式细胞术（FCM）的局限，可区分活/死菌及VBNC状态菌体，与标准方法无显著差异，为食品监管、临床研究提供高效解决方案。

　　

便携式益生菌定量分析系统的创新突破

微型化技术赋能精准检测

研究团队开发了一款集成微流控芯片（PMMA材质）和3D打印外壳的便携设备，其光学分辨率达0.033 μm/像素。芯片设计采用特斯拉阀实现单向流体控制，预埋10倍浓度SYTO 9/PI荧光染料（优化后信号背景比提升15倍），5 μm观察通道确保单菌成像。相比商用奥林巴斯IX51显微镜，该系统在20×–40×放大区间呈现更清晰的2 μm荧光微球成像（直径测量误差<4%）。

智能算法实现高效分析

配套软件ProBioCount基于OpenCV开发，通过HSV色彩空间过滤和二值化处理，可自动识别活菌（绿色荧光）与死菌（红色荧光）。实测五种商业菌株（植物乳杆菌、双歧杆菌等）时，活菌计数与平板法线性相关系数达0.9835（回归斜率1.0463），且能检出传统方法遗漏的VBNC细胞（计数结果偏高4%–25%）。

临床验证展现卓越性能

对比ISO 19344标准方法，该系统对10⁸ CFU mL^?1级样品的检测变异系数（CV）<15%，总分析时间仅3分钟。在冻干菌粉测试中，植物乳杆菌活菌回收率124.8%，显著高于标签标注值；而嗜热链球菌实测值（9.698 log CFU mL^?1）低于标称值，揭示部分商品存在质量偏差。

技术优势与产业价值

该设备突破性地整合了微流控自动染色（芯片成本<1美元）与便携式荧光成像（LED 485 nm激发），检测范围覆盖益生饮料（10⁹ CFU mL^?1）至药品级浓度（10¹¹ CFU mL^?1）。其识别VBNC细胞的能力（依赖rRNA活性标记）为菌群功能研究提供新维度，有望推动益生菌制品从生产质控到临床评估的全链条革新。

未来应用前景

研究者指出，该技术可扩展至口腔益生菌（如变形链球菌）检测，并计划通过增加多光谱通道实现菌种鉴别。随着中国益生菌市场年增长率达12.46%，这类便携设备将在家庭健康管理、跨境商品抽检等场景发挥关键作用。