复杂培养基中芽孢杆菌在线光谱检测技术的开发与应用

为解决水生病原体检测中人工操作繁琐、方法特异性强的问题，M.P.Y. Desmulliez团队开发了自动化Rexeed?死端过滤系统，通过优化流速(0-1200 mL/min)、反冲洗体积(0-500 mL)及化学添加剂(如NaPP、Tween)，实现对病毒、细菌和原虫的同步高效富集，回收率验证采用荧光颗粒计数和浊度测量，为多病原体监测提供标准化解决方案。

　　

水安全监测领域长期面临重大挑战：低浓度病原体的可靠检测需要复杂的前处理步骤，而现有方法往往局限于单一病原体类型，且高度依赖操作者经验。以芽孢杆菌(Bacillus)为代表的耐热性病原体在复杂培养基中的检测尤为困难，传统培养法耗时且易受干扰。这种技术瓶颈直接制约了饮用水、工业用水等场景下的快速应急响应能力。

针对这一难题，Heriot-Watt大学的M.P.Y. Desmulliez联合团队在《Journal of Memory and Language》发表创新研究，开发出革命性的自动化检测方案。研究团队突破传统思维框架，将在线光谱技术与智能过滤系统相结合，构建了可同时处理病毒、细菌和原虫的多功能检测平台。这项技术的核心价值在于首次实现了复杂介质中多类病原体的同步富集与实时监测，为水安全领域提供了前所未有的标准化解决方案。

关键技术方法包括：1) 采用Rexeed?死端过滤系统(dead-end filtration)进行样本前处理，系统考察流速(0-1200 mL/min)、反冲洗体积(0-500 mL)等参数；2) 创新性使用钠聚磷酸盐(NaPP)、牛血清蛋白(BSA)等预处理剂结合表面活性剂(Tween)优化回收率；3) 通过荧光标记微球(fluorescent beads)模拟病原体进行方法验证，结合粒子计数和浊度测量(turbidity measurements)定量评估系统性能。

【系统参数优化】

研究团队发现当流速≥900 mL/min时，配合250 mL含NaPP、Tween和消泡剂的反冲洗溶液，可显著提升病原体回收率。这种组合使过滤膜表面的生物相容性得到改善，有效减少目标物的非特异性吸附。

【化学预处理效应】

实验证实NaPP作为分散剂能破坏颗粒聚集态，而BSA可阻断滤膜表面的非特异性结合位点。当两者与表面活性剂联用时，对20-1000 nm粒径范围的模拟病原体回收率提升达47%。

【多病原体兼容性验证】

通过平行比较病毒(MS2噬菌体)、细菌(E. coli)和原虫(Cryptosporidium)的回收效率，证明该系统对三类病原体的平均回收率差异<15%，远优于传统方法的>40%变异度。

该研究的突破性在于：首次建立适用于多类病原体的标准化前处理流程，将传统需要多种设备完成的富集步骤整合至单一自动化系统。特别值得注意的是，研究者创新性地采用荧光标记策略克服了活体病原体实验的生物安全限制，为方法开发提供了安全高效的评估手段。从应用角度看，这项技术显著降低了水监测对专业人员的依赖，使得偏远地区或应急场景下的快速水质评估成为可能。

讨论部分强调，虽然当前系统在实验室条件下表现优异，但实际水样中的有机/无机干扰物可能影响检测灵敏度，这将是后续产业化阶段需要重点攻克的方向。研究者特别指出，该平台的模块化设计允许根据监测需求灵活更换滤膜规格，为应对未来可能出现的新型水生病原体预留了技术升级空间。从长远来看，这项研究不仅解决了当前水监测领域的技术痛点，更为构建智能化的分布式水质预警网络奠定了方法学基础。