معلومة

الوحدة 10: أنماط النمو البكتيري - العد المباشر ، وعدد اللوحات القياسي ، وطرق القياس التعكر غير المباشر - علم الأحياء

الوحدة 10: أنماط النمو البكتيري - العد المباشر ، وعدد اللوحات القياسي ، وطرق القياس التعكر غير المباشر - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الوحدة 10: أنماط النمو البكتيري - العد المباشر ، وعدد الصفائح القياسي ، وطرق القياس التعكر غير المباشر

الوحدة 10: أنماط النمو البكتيري - العد المباشر ، وعدد اللوحات القياسي ، وطرق القياس التعكر غير المباشر - علم الأحياء

طرق قياس أرقام الخلايا

تتضمن تقنيات القياس تعدادًا مباشرًا ، بصريًا أو آليًا ، وتعدادًا غير مباشر للخلايا القابلة للحياة.

1. التهم المجهري المباشر من الممكن استخدام الشرائح الخاصة المعروفة باسم غرف العد. لا يمكن تمييز الخلايا الميتة عن الخلايا الحية. يمكن حساب المعلقات الكثيفة فقط (& gt10 7 خلايا لكل مل) ، ولكن يمكن تركيز العينات عن طريق الطرد المركزي أو الترشيح لزيادة الحساسية.

تم استخدام تباين في العد المجهري المباشر لمراقبة وقياس نمو البكتيريا في البيئات الطبيعية. من أجل اكتشاف وإثبات أن البكتيريا المحبة للحرارة كانت تنمو في الينابيع الساخنة المغلية ، قام T.D Brock بغمر شرائح المجهر في الينابيع وسحبها بشكل دوري للمراقبة المجهرية. تعلق البكتيريا الموجودة في الماء المغلي بالزجاج بشكل طبيعي وتنمو كمستعمرات دقيقة على السطح.

2. غرف العد الإلكترونية عد الأرقام وقياس توزيع حجم الخلايا. بالنسبة للخلايا بحجم البكتيريا ، يجب أن يكون الوسط المعلق نظيفًا جدًا. غالبًا ما تستخدم هذه الأجهزة الإلكترونية لحساب الخلايا حقيقية النواة مثل خلايا الدم.

3. عدد الخلايا القابلة للحياة غير المباشرة، وتسمى أيضا تحسب اللوحة، تتضمن تصفيح (نشر) عينة من مزرعة على سطح أجار مغذي. يمكن تخفيف العينة أو المعلق الخلوي في مادة مخففة غير سامة (مثل الماء أو المحلول الملحي) قبل الطلاء. إذا تم الطلاء على وسط مناسب ، فإن كل وحدة قابلة للحياة تنمو وتشكل مستعمرة. كل مستعمرة يمكن عدها تسمى أ وحدة تشكيل مستعمرة (cfu) ويرتبط عدد cfu's بالعدد القابل للحياة من البكتيريا في العينة.

تتمثل مزايا هذه التقنية في حساسيتها (نظريًا ، يمكن اكتشاف خلية واحدة) ، وتسمح بالفحص والتعرف الإيجابي على الكائن الحي الذي يتم عده. العيوب هي (1) الخلايا الحية فقط تطور المستعمرات التي تحسب (2) تتطور كتل أو سلاسل من الخلايا إلى مستعمرة واحدة (3) تتطور المستعمرات فقط من تلك الكائنات التي تكون الظروف الثقافية مناسبة لها للنمو. هذا الأخير يجعل التقنية عديمة الفائدة تقريبًا لوصف أو حساب العدد الإجمالي للبكتيريا في النظم البيئية الميكروبية المعقدة مثل التربة أو الكرش الحيواني أو الجهاز الهضمي. يمكن استخدام المجسات الجينية لإثبات التنوع والوفرة النسبية للبدائيات في مثل هذه البيئة ، ولكن العديد من الأنواع التي تم تحديدها بواسطة التقنيات الجينية أثبتت حتى الآن أنها غير قابلة للزراعة.

الجدول 1. بعض الطرق المستخدمة لقياس نمو البكتيريا

طريقة تطبيق تعليقات
العد المجهري المباشر تعداد البكتيريا في اللبن أو اللقاحات الخلوية لا يمكن التمييز بين الخلايا الحية وغير الحية
عدد الخلايا القابلة للتطبيق (تعداد المستعمرات) تعداد البكتيريا في الحليب والأطعمة والتربة والمياه والثقافات المختبرية ، إلخ. حساسة للغاية إذا كانت ظروف الطلاء مثالية
قياس التعكر تقديرات أعداد كبيرة من البكتيريا في الوسط السائل الصافي والمرق سريع وغير مدمر ، لكن لا يمكنه اكتشاف كثافة الخلايا الأقل من 10 7 خلايا لكل مل
قياس إجمالي N أو البروتين قياس إجمالي إنتاج الخلايا من الثقافات شديدة الكثافة التطبيق العملي الوحيد في مختبر البحث
قياس النشاط البيوكيميائي على سبيل المثال O2 امتصاص إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، إنتاج ATP ، إلخ. المقايسات الميكروبيولوجية يتطلب معيارًا ثابتًا لربط النشاط الكيميائي بكتلة الخلايا و / أو أرقام الخلايا
قياس الوزن الجاف أو الوزن الرطب للخلايا أو حجم الخلايا بعد الطرد المركزي قياس إجمالي إنتاج الخلايا في الثقافات ربما أكثر حساسية من إجمالي N أو قياسات البروتين الكلي


الشكل 2. تنمو المستعمرات البكتيرية على طبق من أجار المغذيات. معهد هانز نول. جينا ، ألمانيا.


أساسيات علم الأحياء الدقيقة

في العد المجهري المباشر ، يتم استخدام غرفة عد تتكون من شريحة مسطرة وساترة. تم إنشاؤه بطريقة تجعل الخطوط الساترة والشرائح والخطوط المسطرة تحدد حجمًا معروفًا. يتم حساب عدد البكتيريا في حجم صغير معروف بشكل مجهري مباشرة ويتم تحديد عدد البكتيريا في العينة الأصلية الأكبر من خلال الاستقراء.

غرفة العد Petroff-Hausser (شائعة الاستخدام في صناعة الألبان) على سبيل المثال ، (الشكل 16. 1) تحتوي على مربعات صغيرة محفورة 1/20 من المليمتر (مم) في 1/20 من المليمتر و 1/50 من المليمتر عميق. وبالتالي فإن حجم مربع صغير هو 1 / 20،000 من ملم مكعب أو 1 / 20،000،000 من السنتيمتر المكعب (cc). هناك 16 مربعًا صغيرًا في المربعات الكبيرة ذات الخطوط المزدوجة التي تم حسابها بالفعل ، مما يجعل حجم مربع كبير مزدوج الخط 1 / 1،250،000 سم مكعب. الإجراء العادي هو حساب عدد البكتيريا في خمسة مربعات كبيرة مزدوجة الخط والقسمة على خمسة للحصول على متوسط ​​عدد البكتيريا لكل مربع كبير. يتم بعد ذلك ضرب هذا الرقم في 1،250،000 لأن المربع يحتوي على حجم 1 / 1،250،000 سم مكعب ، للعثور على العدد الإجمالي للكائنات لكل سم مكعب في العينة الأصلية. إذا تم تخفيف البكتيريا ، مثل خلط البكتيريا مع الصبغة قبل وضعها في غرفة العد ، فيجب أيضًا مراعاة هذا التخفيف في الحسابات النهائية.

الصيغة المستخدمة في العد المجهري المباشر هي

عدد البكتيريا لكل سم مكعب = متوسط ​​عدد البكتيريا لكل مربع كبير مزدوج الخط X عامل التخفيف للمربع الكبير (1،250،000) X عامل التخفيف لأي تخفيفات تم إجراؤها قبل وضع العينة في غرفة العد ، على سبيل المثال ، الخلط


16.2.2 العد الإلكتروني للخلايا

عداد كولتر (الشكل 16.2) هو جهاز لعد الجزيئات والخلايا وتحجيمها. يتم استخدامه ، على سبيل المثال ، للبكتيريا وتوزيعات حجم جزيئات جودة الهواء. يكتشف العداد التغيير في التوصيل الكهربائي لفتحة صغيرة حيث يتم سحب الخلايا المحتوية على السوائل من خلالها. الخلايا ، كونها جسيمات غير موصلة ، تغير المقطع العرضي الفعال للقناة الموصلة.

كان المخترع الأمريكي والاس إتش كولتر مسؤولاً عن نظرية وتصميم عداد كولتر. ابتكر النظرية الكامنة وراء تشغيله لأول مرة في عام 1947 أثناء تجربته مع الإلكترونيات. قرر كولتر أنه يمكن استخدام الشحنة الكهربائية لتحديد حجم وعدد الجسيمات المجهرية في المحلول. تُعرف هذه الظاهرة الآن باسم مبدأ كولتر. يحتوي عداد كولتر النموذجي على واحد أو أكثر من القنوات الدقيقة التي تفصل بين غرفتين تحتويان على محاليل إلكتروليت. عندما يتدفق جسيم عبر إحدى القنوات الدقيقة ، فإنه ينتج عنه تغيير المقاومة الكهربائية للقناة الدقيقة المملوءة بالسائل. يمكن تسجيل هذا التغيير في المقاومة على شكل نبضات تيار كهربائي أو جهد ، والتي يمكن ربطها بالحجم والتنقل وشحنة السطح وتركيز الجسيمات.


عادة ، يتم تخفيف العينة البكتيرية بواسطة عوامل 10 وتطلى على أجار إما عن طريق لوحة الصب أو تقنية لوحة الانتشار. بعد الحضانة ، يتم تحديد عدد المستعمرات الموجودة على لوحة التخفيف والتي تظهر ما بين 30 و 300 مستعمرة (الشكل 16.4 والشكل 16.5). يتم اختيار الصفيحة التي تحتوي على 30-300 مستعمرة لأن هذا النطاق يعتبر ذا دلالة إحصائية. إذا كان هناك أقل من 30 مستعمرة على اللوحة ، فإن الأخطاء الصغيرة في تقنية التخفيف أو وجود القليل من الملوثات سيكون لها تأثير كبير على العد النهائي. وبالمثل ، إذا كان هناك أكثر من 300 مستعمرة على الصفيحة ، فستكون هناك عزلة ضعيفة وستنمو المستعمرات معًا.


الشكل 16.4 صفيحة الصفيحة وتقنيات انتشار الصفيحة


الشكل 16.5 صب الصفيحة وطرق نشر الألواح

  • فقط الخلايا الحية تطور المستعمرات التي يتم حسابها
  • تتطور كتل أو سلاسل من الخلايا إلى مستعمرة واحدة
  • تتطور المستعمرات فقط من تلك الكائنات التي تكون الظروف الثقافية مناسبة لها للنمو.

الجدول 16.1 مقارنة بين طرق مختلفة لقياس نمو البكتيريا

16.2.4 طريقة حساب مرشح الغشاء


شكل 16.6 طريقة الترشيح الغشائي


16.2.5 طرق قياس التعكر

عندما يتم خلط البكتيريا التي تنمو في وسط سائل ، تظهر المزرعة عكرة. وذلك لأن الثقافة البكتيرية تعمل كتعليق غرواني يمنع ويعكس الضوء الذي يمر عبر المزرعة. ضمن الحدود ، سيكون الضوء الذي يمتصه المعلق البكتيري متناسبًا طرديًا مع تركيز الخلايا في المزرعة. من خلال قياس كمية الضوء التي يمتصها المعلق البكتيري ، يمكن للمرء تقدير ومقارنة عدد البكتيريا الموجودة. الأداة المستخدمة لقياس التعكر هي مقياس الطيف الضوئي (الشكل 16.8). يتكون من مصدر ضوء ، مرشح يسمح بمرور طول موجي واحد فقط من الضوء ، وأنبوب العينة الذي يحتوي على تعليق بكتيري ، وخلية ضوئية تقارن كمية الضوء التي تمر عبر الأنبوب بإجمالي الضوء الذي يدخل الأنبوب. يمكن التعبير عن قدرة المزرعة على حجب الضوء إما بنسبة مئوية من الضوء المنقول عبر الأنبوب أو مقدار الضوء الممتص في الأنبوب. نسبة الضوء المنقول تتناسب عكسيا مع تركيز البكتيريا. الامتصاصية (أو الكثافة الضوئية) تتناسب طرديا مع تركيز الخلية.


شكل 16.8 قياس العكارة باستخدام مقياس الطيف الضوئي

  • يمكن عمل تخفيفات عديدة من مخزون بكتيري.
  • يمكن بعد ذلك استخدام عداد Petroff-Hausser لإجراء العد المجهري المباشر لكل تخفيف.
  • ثم يمكن استخدام مقياس الطيف الضوئي لقياس امتصاص كل أنبوب تخفيف.
  • يمكن عمل منحنى قياسي يقارن الامتصاصية بعدد البكتيريا عن طريق رسم الامتصاصية مقابل عدد البكتيريا لكل سم مكعب.
  • بمجرد اكتمال المنحنى القياسي ، يمكن وضع أي أنبوب تخفيف لهذا الكائن الحي في مقياس الطيف الضوئي وقراءة امتصاصه. بمجرد تحديد الامتصاصية ، يمكن استخدام المنحنى القياسي لتحديد العدد المقابل للبكتيريا لكل سم مكعب.

16.2.6 تقدير محتوى النيتروجين

16.2.7 تقدير الوزن الجاف

من الممكن أيضًا متابعة التغيير في كمية المكون الخلوي بدلاً من الكتلة الكاملة للخلية. يمكن اختيار هذه الطريقة لأن تحديد الأوزان الجافة أمر صعب أو عندما لا يعطي الوزن الإجمالي للخلية صورة دقيقة لعدد الأفراد في مجموعة سكانية. في هذه الحالة ، يتم اتباع مكون واحد فقط من الخلية مثل البروتين الكلي أو الحمض النووي الكلي. هذا له بعض المزايا والعيوب المذكورة أعلاه للوزن الجاف. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قياس المكون الخلوي يتطلب عمالة أكثر من الطرق المذكورة سابقًا نظرًا لأنه يجب تنقية المكون المعني جزئيًا ثم إخضاعه لتحليل مصمم لقياس الجزيء المطلوب. الافتراض في اختيار مكون واحد مثل DNA هو أن هذا المكون سيكون ثابتًا نسبيًا لكل خلية. يواجه هذا الافتراض مشكلة عندما تختلف معدلات النمو لأن الخلايا التي تنمو بمعدلات عالية تحتوي في الواقع على المزيد من الحمض النووي لكل خلية بسبب عمليات البدء المتعددة للنسخ المتماثل.

يمكن تقدير النمو البكتيري بشكل غير مباشر من خلال الكشف عن التغيرات المحددة التي تحدث في وسط النمو نتيجة نشاط الخلايا البكتيرية وتكاثرها. ويشمل الكشف عن منتجات خلايا النشاط مثل إنتاج الحمض والغاز. تعتمد اختبارات تقليل الصبغة مثل اختبارات تقليل الميثيلين الأزرق وريسازورين على حقيقة أن اللون المنقول إلى الحليب عن طريق إضافة صبغة مثل أزرق الميثيلين سيختفي بسرعة أو أقل. يؤدي إزالة الأكسجين من الحليب وتكوين مواد مختزلة أثناء التمثيل الغذائي البكتيري إلى اختفاء اللون. الوكالات المسؤولة عن استهلاك الأكسجين هي البكتيريا. على الرغم من أن أنواعًا معينة من البكتيريا لها تأثير أكبر بكثير من الأنواع الأخرى ، فمن المفترض عمومًا أنه كلما زاد عدد البكتيريا في الحليب ، كلما كان استهلاك الأكسجين أسرع ، وبالتالي سيختفي اللون مبكرًا. وبالتالي ، يتم أخذ وقت الاختزال كمقياس لعدد الكائنات الحية في الحليب على الرغم من أنه من المحتمل في الواقع أنه مقياس للتفاعلات الأيضية الكلية التي تحدث على سطح الخلية للبكتيريا. يعد إنتاج البكتيريا للغاز نشاطًا رئيسيًا آخر يمكن اعتباره مؤشرًا لنمو البكتيريا. يشيع استخدام الكشف عن إنتاج الغاز باستخدام أنبوب دورهام والتغيير في لون وسط النمو بسبب تقليل المكونات الحساسة لدرجة الحموضة الموجودة في الوسط للكشف عن القولونيات والخمائر المنتجة للحمض والغاز. جهاز لقياس ثاني أكسيد الكربون2 تم تصوير الإنتاج في (الشكل 16.9)


أنواع التقنيات

تقنية صب اللوح

لوحة الصب هي طريقة لتلقيح أجار ذائب متبوعًا بحضانة طبق بتري. يتم ضخ الحجم المعروف (عادة 0.1-1.0 مل) من المزرعة في وسط أجار مذاب معقم لصفيحة بتري ثم يخلط جيدًا عن طريق تحريك اللوحة برفق على سطح الطاولة. نظرًا لأنه يتم خلط العينة مع وسط الأجار المنصهر ، يمكن استخدام حجم أكبر من حجم لوحة الانتشار. ومع ذلك ، مع طريقة لوحة الصب ، يجب أن يكون الكائن الحي المراد حسابه قادرًا على تحمل درجة حرارة الأجار الذائب لفترة وجيزة ، 45 درجة مئوية. بعد تصلب الهلام ، يتم قلب اللوحة واحتضانها عند 37 درجة مئوية لمدة 24-48 ساعة.

تتشكل المستعمرات داخل مصفوفة أجار بدلاً من أن تكون فوقها كما تفعل عند وضع خطوط على الصفيحة. تعد ألواح الصب مفيدة في قياس الكائنات الحية الدقيقة التي تنمو في وسط صلب. نظرًا لأن "لوحة الصب" تقوم بتضمين المستعمرات في أجار ، فيمكنها توفير بيئة تفتقر إلى الأكسجين بدرجة كافية والتي يمكن أن تسمح بنمو الكائنات الدقيقة وتقديرها.

تقنية لوحة الانتشار

تقنية لوحة الانتشار هي إحدى طرق قياس الكائنات الحية الدقيقة على وسط صلب. باستخدام طريقة لوحة الانتشار ، لا يزيد حجم الثقافة المخففة بشكل مناسب عادة عن 0.1 مل على سطح صفيحة أجار باستخدام رشاش زجاجي معقم. ثم يتم تحضين الصفيحة حتى ظهور المستعمرات ، ويتم عد عدد المستعمرات. بدلاً من دمج الكائنات الحية الدقيقة في أجار ، كما هو الحال مع طريقة لوحة الصب ، تنتشر الثقافات السائلة على سطح أجار.

تتمثل ميزة نشر الصفيحة فوق طريقة لوحة الصب في أن الثقافات لا تتعرض أبدًا إلى 45 درجة مئوية (أي درجات حرارة أجار ذائبة).
ملحوظة: يجب أن يكون سطح اللوحة جافًا حتى يمتص السائل المنتشر فيه. ونادرًا ما يتم استخدام الحجم الأكبر من 0.1 مل لأن السائل الزائد لا يتشرب وقد يتسبب في اندماج المستعمرات أثناء تشكلها ، مما يجعل من الصعب حصرها.

تقنية Streak Plate

بالنسبة للكائنات الحية التي تنمو جيدًا على ألواح أجار ، فإن لوحة الخطوط هي الطريقة المفضلة للحصول على ثقافة نقية.

المبدأ الأساسي لهذه الطريقة هو أنه من خلال وضع الخطوط ، يتم إنشاء تدرج مخفف (ينخفض ​​عدد الخلايا أثناء تحركها عبر الأجار وبعيدًا عن نقطة التلقيح) عبر وجه اللوحة حيث يتم ترسيب الخلايا البكتيرية على الأجار السطحية. بسبب هذا التدرج المخفف ، يحدث النمو المتكدس على جزء من الصفيحة حيث لا يتم فصل الخلايا البكتيرية بشكل كافٍ في مناطق أخرى من الصفيحة حيث يتم ترسيب عدد قليل من البكتيريا حيث تتطور مستعمرات عيانية منفصلة يمكن رؤيتها بسهولة بالعين المجردة. يُفترض أن كل مستعمرة معزولة جيدًا تنشأ من بكتيريا واحدة وبالتالي تمثل استنساخًا لثقافة نقية.

الغرض من تقنية Streak Plate: الغرض من لوحة الخط هو الحصول على مستعمرات معزولة من لقاح. تمثل المستعمرات المعزولة نسخة من الخلايا ، مشتقة من خلية طليعة واحدة. يمكن استخدام العديد من أنماط الخطوط المختلفة لفصل الخلايا البكتيرية الفردية على سطح الآجار.


المناهج التحليلية لتقدير الكتلة الحيوية

اعتمادًا على قيود الطريقة المختارة للتقدير الكمي ، سيكون من الممكن إجراء تحليل للمركب المستهدف باستخدام أساليب أخذ العينات غير المتصلة بالإنترنت و / أو على الخط و / أو عبر الإنترنت. نُهج تقدير الكتلة الحيوية غير المتصلة بالإنترنت مطبقة جيدًا وتمت الموافقة عليها بالفعل في عمليات التكنولوجيا الحيوية ، على الرغم من تعزيز عبء العمل للوصول إلى النتيجة المرجوة مقارنةً بنهج القياس الكمي المباشر أو عبر الإنترنت. علاوة على ذلك ، تنطوي الاستراتيجيات غير المتصلة بالإنترنت على مخاطر تلويث وعاء الزراعة أو العينة نفسها. تتمتع القياسات على الخط بميزة رئيسية واحدة على التقنيات التقليدية غير المتصلة بالإنترنت ، حيث يتم إجراء أخذ العينات تلقائيًا في فترات زمنية محددة. على التوالي ، فإن تقدير الكتلة الحيوية على الخط قريب من التحليل في الوقت الفعلي. إذا لم يكن تركيب أجهزة القياس الكمي عبر الإنترنت ممكنًا بسبب مشكلات فنية ، فيمكن تطبيق تطبيقات القياس على الخط أو المساحة المتوفرة أو لأسباب مالية. إلى جانب ذلك ، تُفضل مناهج قياس الكتلة الحيوية عبر الإنترنت على الاستراتيجيات غير المتصلة بالإنترنت والخط. تقلل مناهج تقدير الكتلة الحيوية على الخط من حجم العمل المتضمن في أخذ العينات ، على الرغم من وجود بعض النقاط الأساسية التي يجب أخذها في الاعتبار لأنها (1) نقل العينة إلى جهاز القياس ، (2) الشروط أثناء النقل ، (3) تجانس العينة ، (4) تمثيل العينة للزراعة بأكملها ، (5) إعادة تدوير العينة (حلقة الالتفافية) أو تفريغ العينة بعد القياس.

تتميز مناهج قياس الكتلة الحيوية عبر الإنترنت بالكثير من المزايا مقارنة بالاستراتيجيات غير المتصلة بالإنترنت والخط المباشر. يتم التحايل على أخذ العينات ونقلها إلى جهاز القياس حيث يتم إجراء القياس مباشرة في وعاء الزراعة أو المفاعل الحيوي. لذلك ، لا يجب أن يؤخذ أي تأخير زمني بين أخذ العينات والقياس بالإضافة إلى وقت التحليل نفسه في الاعتبار لتحليل البيانات (Vojinović et al.2006). يمكن أن يقلل القياس المباشر في وعاء الزراعة أيضًا من خطر تلويث المفاعل الحيوي والتسمم المحتمل للمشغل بمركبات السموم أو الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض (Höpfner et al. 2010). ولكن من أجل ذلك ، يجب التحقق من صحة استراتيجيات CIP (نظيفة في المكان) و SIP (التعقيم في المكان) مع توافق جهاز القياس المستخدم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون حجم المفاعل الحيوي كافيًا لجهاز قياس معين ويجب النظر في إعادة معايرة الجهاز. في العمليات المستمرة ، يمكن أيضًا وضع المجسات / المعدات التحليلية في حلقة تجاوز من أجل تسهيل إعادة المعايرة والتبادل في حالة الفشل ، ولكن يجب تقييم تمثيل العينة على الرغم من أن تفسير البيانات والتحقق من صحة البيانات يمكن أن يكون صعبًا. تعطي المراقبة في الوقت الحقيقي نظرة ثاقبة للعملية الحيوية ومزيد من المعلومات حول إنتاجيات محددة وإجمالي العائد (Sandnes et al. 2006). تبرز المستشعرات عبر الإنترنت بمعالجتها المرنة والمفصلة للبيانات ، بينما تظل التحليلات غير متأثرة. اعتمادًا على المعلومات المطلوبة ، سواء كان الحصول على بيانات إضافية حول تركيز المكونات المتوسطة بجانب تركيز الكتلة الحيوية أو جدوى الثقافة ، يمكن إدخال أجهزة استشعار مختلفة بشكل فردي في نظام المفاعل الحيوي.

نهج قياس الكتلة الحيوية غير متصل

يمكن إجراء تقدير كمية الكتلة الحيوية من خلال تطبيق عدة طرق مختلفة ، تمتلك جميعها بعض المزايا أو العيوب. خاصة عند العمل مع مناهج قياس الكتلة الحيوية غير المتصلة بالإنترنت ، يجب أحيانًا مواجهة خطوات الغسيل والتنقية لتكون قادرة على تحديد كمية الكتلة الحيوية المنتجة.

في هذه المراجعة ، سنقوم بتصنيف التقنيات غير المتصلة بالإنترنت إلى خمسة أقسام فرعية مختلفة:

عد الخلايا المباشر

يلخص العد المباشر للخلايا جميع الطرق بناءً على تعداد الخلايا القابلة للاكتشاف داخل وسط سائل ويتكون من:

فرز الخلايا المنشطة الفلورية (FACS)

العد المجهري

التعداد المجهري هو مصطلح آخر لعد الخلايا. يمكن إجراء عد الخلايا المفردة باستخدام طرق مختلفة. أحد الأساليب الأكثر شيوعًا هو التعداد المجهري الذي يمكن أن يعتمد إما على استخدام تقنية أخذ عينات مرشح الغشاء (Brock 1983) ، متبوعًا بإجراء تلطيخ الخلية أو النواة (Koch 2007) ، أو باستخدام غرفة العد. غرف العد هي أداة ميكروبيولوجية مطبقة جيدًا لعد الخلايا مباشرة. اعتمادًا على الكائن الدقيق ، يمكن تطبيق غرف عد وإعدادات مجهرية مختلفة. لعد البكتيريا ، يتم استخدام غرف العد الشائعة بعمق غرف العد 0.02 مم ، بينما بالنسبة لعد الميكروبات الأكبر مثل الخميرة أو الطحالب ، يفضل استخدام غرفة العد بعمق 0.1 مم (Bast 2001b). العيبان الرئيسيان للعد المباشر للخلايا هما التعبئة القابلة للتكرار لغرفة العد والتزام الخلايا على أسطح الأواني الزجاجية وطرف الماصة. يقدم السوق مجموعة كبيرة ومتنوعة من غرف العد والتي تختلف عادةً في الحجم القابل للتطبيق وتصميم شبكات العد والتوافق مع الأهداف المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم معايرة كل غرفة عد لأنواع موضوعية محددة. على سبيل المثال ، تعد كاميرات العد في Neubauer مناسبة للأهداف عالية الجفاف (Talking et al. 2014) ، بينما يمكن استخدام غرف عد Hawksley ضمن أهداف الغمر بالزيت (Koch 2007) والتي هي ، على سبيل المثال. أكثر ملاءمة لعد الخلايا صغيرة الحجم. ومع ذلك ، بدون استخدام طريقة تلطيخ الخلايا ، لا يمكن التمييز بين الخلايا القابلة للحياة والخاملة والخلايا الميتة (Talking et al. 2014). يتم تسهيل استخدام غرفة العد عند تطبيق سلالات الفلورسنت الذاتي. يعزز هذا النهج رؤية الخلايا عن طريق إثارة المركبات الخلوية بطول موجة معين ، على سبيل المثال تألق ذاتي أزرق وأخضر محرض للأشعة فوق البنفسجية للكائنات الحية الدقيقة. العديد من H2- يمكن حساب استخدام الميثانوجينات عن طريق تعريضها لضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وبالتالي يتم تحفيز التألق الذاتي الناتج عن الإجهاد بواسطة عوامل مساعدة خاصة. أنزيم F420 يمتص الضوء بطول موجة 420 نانومتر ويصدر ضوءًا أخضر مزرقًا ، والذي يمكن اكتشافه بواسطة مجهر مضان (Solera et al. 2001 Kumar et al. 2011). ديازافلافين ف420 يعمل كمساعد أساسي في مسار تكوين الميثان. الشكل المصغر لـ F420 (F420ح2) يعمل كمتبرع للإلكترون لميثيلين إيتراهيدروميثانوبرين ديهيدروجينيز (Mtd) ، يحتوي على السيستين F420-تخفيض إنزيم الهيدروجين (Frc) ، ولـ F المحتوية على سيلينوسيستين420- تقليل إنزيم الهيدروجيناز (فرو) (Hendrickson and Leigh 2008). ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض أنزيم F420 المحتوى ، يعد حساب ميثانوجينات الأسيتوكلاز أمرًا صعبًا إلى حد ما (كاماغاتا وميكامي 1991 سوليرا وآخرون 2001). هناك جانب آخر يجب مراعاته عند تطبيق طرق التعداد هذه وهو حالة تجميع الكتلة الحيوية. على سبيل المثال، ميثانوسارسينا النيابة. قد تشكل مجاميع في ظل ظروف بيئية معينة ، مما يعقد عد الخلايا المفردة عن طريق تعداد خلايا التألق الذاتي (Solera et al. 2001). كثيرا ما يستخدم حساب الميثانوجينات الفلورية الذاتية أثناء الزراعة في المفاعلات الحيوية (Ahn et al. 2000 Solera et al. 2001). يمكن أيضًا استخدام التألق الذاتي للميثانوجينات لتمييز الميثانوجينات في الثقافات المشتركة عن الميكروبات الأخرى التي لا تعبر عن الإنزيم المساعد F420.

العد الإلكتروني

يعد التعداد الإلكتروني للخلايا طريقة أخرى لتحديد رقم الخلية. يستخدم عداد كولتر بشكل روتيني في أمراض الدم السريرية ولتعداد الخميرة غير الخيطية والأوليات. ومع ذلك ، يصعب تطبيق هذه التقنية على البكتيريا والميكروبات الأخرى ذات الخصائص المورفولوجية المماثلة ، مثل حجم الخلية الصغير والشكل الممدود (Kubitschek 1969).

يسمح FACS بقياس الضوء المبعثر وانبعاثات الفلورة الناتجة عن الخلايا المفردة المضيئة التي تمر عبر الشعيرات الدموية التي يتقاطع معها شعاع الليزر. بمجرد أن تمر الخلية عبر شعاع من الضوء ، يتم إنتاج إشارة. يتم جمع الضوء المبعثر وانبعاثات الفلورة لكل خلية بواسطة أجهزة الكشف وتتم معالجتها بشكل أكبر في السيليكو. تسمح عملية السيليكو بتوزيع السكان فيما يتعلق بالمعلمات المختلفة المقاسة بواسطة جهاز معين. الضوء المنتشر إلى الأمام ، المجمّع في نفس اتجاه الضوء الساقط ، مرتبط بحجم الخلية. يوفر الضوء الجانبي المنتشر المجمّع (زاوية 90 درجة) معلومات عن خصائص سطح الخلية والهيكل الداخلي للخلية. يتم الحصول على المعلومات المتعلقة بالخلية عن طريق تلطيخ العينة بفلوروكرومات مختلفة (Álvarez-Barrientos et al. 2000 Lehtinen 2007). اقتصرت معظم أنظمة مراقبة الأصول الميدانية على الأنظمة الميكروبية الهوائية بسبب الغلاف الجوي المؤكسج لتيار الفرز وترسب الخلية. لاختبار الجدوى وفرز الخلايا ، تم تعديل فارز خلية BD (BD Bioscience) Influx لظروف العمل اللاهوائية عن طريق تطهير O2 من مجرى الفرز ومناطق ترسيب الخلايا (Thompson et al. 2015). أظهرت هذه المجموعة فائدة هذا الجهاز في فصل المجموعات السكانية المستهدفة اللاهوائية عن الثقافات المشتركة ، ومع ذلك يمكن توسيع الطريقة بسهولة لعزل الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية وتنميطها وتنميتها.

عد المستعمرة

يمكن توضيح كمية الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة عن طريق عد المستعمرات (Hungate 1969). يمكن تنفيذ هذه التقنية بواسطة

نثر العينة المخففة على أجار صلب (طريقة لوحة الانتشار)

سحب المزرعة إلى صفيحة بتري معقمة وخلطها مع وسط أجار منصهر (طريقة لوحة الصب) (Postgate 1969)

سحب العينة في كمية صغيرة من وسط أجار منصهر ولكن بارد (درجة حرارة محتملة للميكروب) ، متبوعًا بصب الخليط على صفيحة أجار معقمة ، مما يسمح لها بالتصلب (ألواح طبقة رقيقة)

باستخدام تقنية الطبقة الرقيقة ، مع إضافة طبقة أجار أخرى فوقها (ألواح ذات طبقات)

ترشيح العينة المخففة بفلتر معقم مسبقًا ووضعها على صفيحة الآجار المتوسطة المعقمة (طريقة الترشيح الغشائي).

في علم الأحياء الدقيقة اللاهوائي ، يتم استخدام كل هذه التقنيات ، ولكنها تتطلب بعض الاحتياطات الإضافية مقارنة بالظروف الهوائية. بالنسبة للوسائط الصلبة ، يجب تنفيذ طرق عد المستعمرات (ب 1 - ب 5) في ظل ظروف لاهوائية. يمكن تحقيق ذلك عن طريق جعل الوسائط ناقصة الأوكسجين ، أو العد في علبة القفازات أو باستخدام غرفة نقص الأكسجين للتلقيح. في معظم الحالات ، يجب تخفيف العينات قبل الطلاء للحصول على كمية كافية من وحدات تشكيل المستعمرة (CFUs). يقع هذا العدد بشكل عام بين 30 و 300 مستعمرة لكل لوحة (Sutton 2011). يعتبر تخفيف العينات خطوة حساسة لأنه يجب أن يكون متوافقًا مع المتطلبات الفسيولوجية للميكروب فيما يتعلق بدرجة الحموضة والأسمولية (كوخ 2007). بعد تحضير وحضانة لوحات أجار ، يمكن تحديد CFUs باستخدام فترة مناسبة. ومع ذلك ، تتكون وحدات CFU في الغالب من أكثر من خلية بداية أولية ، والتي يجب أخذها في الاعتبار أيضًا (Li et al. 1996 Lehtinen 2007 Madigan et al. 2012). يمكن للتقنيات الواردة في هذا القسم اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة والقابلة للزراعة فقط. ميكروبات نائمة وغير قابلة للزراعة وكائنات دقيقة منخفضة جدًا ميكرومتر لم يتم اكتشافها بالطرق الموصوفة سابقًا (Barer and Harwood 1999 Oliver 2005).

يمكن تقدير تركيز الخلايا القابلة للحياة في المزرعة عن طريق تطبيق طريقة MPN. يتم تحديد كمية الميكروبات المتكاثرة باستخدام MPN بمقدار التخفيفات ، حيث يمكن ملاحظة النمو (Kott 1966). تعتمد هذه الطريقة على الإحصائيات. تم بالفعل تطبيق MPN على اللاهوائية ، خاصة لتقدير السكان الميثانوجيني في هضم لاهوائي محب للحرارة وعينة تربة متوسطة (Wagner et al. 2012).

طرق قياس الكتلة الحيوية

في بعض الأحيان قد يُفضل تقييم كتلة الخلية بدلاً من العدد الحقيقي للخلايا. يمكن قياس الكتلة الحيوية عن طريق تحديد الوزن الرطب أو الوزن الجاف لعينة مستنبت (Tisa et al. 1982 Guerrero et al. 1985). يتم تحديد الوزن الجاف للخلية عن طريق تجفيف الكتلة الحيوية الحبيبية لفترة زمنية محددة مع حوالي 105 درجة مئوية في ألواح زجاجية (كوخ 2007) ، متبوعًا بالتبريد في مجفف والوزن. حيث أن الكتلة الجافة تعادل 10-20٪ (م/الخامس) من الكتلة الرطبة (Madigan et al. 2012) ، كما يمكن تحديد الكتلة الرطبة. يمكن ببساطة الحصول على الكتلة الرطبة بعد الطرد المركزي للعينة وإزالة المادة الطافية (Tisa et al. 1982 Troller 1989). بعد هذه العملية ، تبقى حبيبة خلية معبأة ، والتي يجب وزنها لتحديد الكتلة الرطبة (Tisa et al. 1982). يمكن ربط التقدير الكمي للوزن الجاف أو الرطب للكتلة الحيوية بنهج أخرى لتقدير الكتلة الحيوية مثل القياس الطيفي. علاوة على ذلك ، لتحسين تقدير العمليات الحيوية ، يمكن تحديد التركيب الأولي للكتلة الحيوية (Mauerhofer et al. 2018) لموازنة قياس العناصر المتكافئة للنمو على أساس المولي الأولي.

تشتت الضوء

تُستخدم طرق تشتت الضوء في الغالب لمراقبة نمو الثقافات النقية (Günther and Bergter 1971). ومع ذلك ، فإن الطرق القائمة على تشتت الضوء تعطي بشكل أساسي المعلومات المقابلة للمحتوى الجزيئي / الوزن الجاف وليس عن عدد الخلايا (Koch 1970). يمكن تقدير الكتلة الحيوية للخلية من خلال تعكر ثقافة ، والتي يتم قياسها باستخدام مقياس الضوء (إصلاح الطول الموجي) أو مقياس الطيف الضوئي (طيف الطول الموجي الكامل). يعتمد مبدأ هذا القياس على امتصاص الخلايا للضوء في التعليق عند طول موجي معين ولكن يتم اكتشاف الضوء غير المنتشر فقط. تقلل كمية الخلايا في مسار الضوء من شدة شعاع الضوء الساقط وتعطي ارتباطًا غير مباشر بكمية الكتلة الحيوية في العينة. تُعرف طريقة قياسات التعكر بشكل أفضل بتحديد الكثافة الضوئية (OD) (Koch 1970 Koch 2007). كلما زاد عدد الخلايا في التعليق ، زاد تشتت الضوء أو امتصاصه ويمكن اكتشاف ضوء أقل (Madigan et al. 2012). تم وصف هذا الارتباط في قانون بير لامبرت ، انظر المعادلة. 2 (باست 2001 ب). قانون بير لامبرت صالح تجريبياً فقط لقيم OD & lt 0.5 (Locher et al. 1992) بسبب زيادة تأثيرات تشتت الضوء مع زيادة كثافة الخلية. تشتت الخلايا في البداية شعاع الضوء الوارد (الضوء الأساسي المنتشر). إذا كانت كمية الخلايا عالية جدًا ، فستزداد إمكانية تشتت الضوء المتناثر بالفعل (الضوء الثانوي المتناثر) ، مما يؤدي إلى قياس قيم OD أقل من قيمة الانقراض الحقيقية. ومع ذلك ، مع إعداد المنحنيات القياسية وسلسلة التخفيف المناسبة التي تصل إلى قيم OD أعلى أمر ممكن (Bast 2001b). تم العثور على علاقة بين الوزن الجاف للخلية والامتصاص لتكون متناسبة طرديًا وتظهر ارتباطًا خطيًا (كوخ 1961).

في المعادلة 2 Φالسابق (W م −2) هي شدة الضوء الساقط ، Φفي (W m −2) هي شدة الضوء الخارج ، s (m 2 mol −1) توصف بأنها معامل التشتت ، c (mol L −1) هي تركيز تعليق الخلية ، و d (m) هي سماكة الطبقة. يتم تنفيذ قياسات التعكر دون اتصال بالإنترنت بواسطة مقياس ضوئي خارجي. لذلك ، يجب حصاد كمية صغيرة من الكتلة الحيوية (تصل إلى 1 مل) ، ونقلها إلى كفيت مخصص ، وقياسها بطول موجي مناسب. تسمح أنظمة الصفيحة الدقيقة على عكس مقاييس الطيف الضوئي بحاوية الكوفيت بالقياسات حتى مع 100 ميكرولتر من المعلق المحصود (Stieber et al. 1994 Turcotte et al. 2004). أظهرت التحقيقات التي أجريت على مقاييس الطيف الضوئي المختلفة اعتمادًا كبيرًا على قياسات OD فيما يتعلق بالهندسة والتصميم البصري مما أدى إلى قيم OD مختلفة لنفس التعليق الخلوي. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند إجراء القياسات بأنظمة مختلفة. لا يمكن مقارنة قياسات OD إلا عند القياس بمقياس طيف ضوئي معين. ثم يمكن ربط تقدير الكتلة الحيوية المستند إلى OD مع طرق أخرى لتقدير الكتلة الحيوية غير المتصلة بالإنترنت. ومع ذلك ، يجب تحديد ارتباط تركيز الكتلة الحيوية بتشتت الضوء بشكل فردي لكل كائن حي ووسط النمو. علاوة على ذلك ، فإن الارتباط صالح فقط في نطاق معين كما تمت مناقشته أعلاه.

عند إجراء قياسات OD ، يجب مراعاة الخصائص المتوسطة ، حيث يمكن أن يتأثر التقدير الكمي للميكروبات داخل الوسط. يمكن لبعض المكونات المتوسطة أن تعرقل تحديد كمية الميكروبات عن طريق تشتت الضوء ، خاصة عند العمل مع عينات داكنة من هضم أو نبات السماد. للتغلب على الظلام ، يمكن تخفيف العينات بما في ذلك العيّنات الفارغة ، والتي يجب أخذها في الاعتبار لاحقًا عند توضيح كمية الخلايا. إذا لم يكن من الممكن تحقيق التخفيف ، بسبب الفقد الهائل للكتلة الحيوية الميكروبية ، فيجب التحقيق في تقنيات تحديد الكتلة الحيوية الأخرى.

قياس الكتلة الحيوية على الخط

تمثل القياسات عبر الإنترنت تحسينًا مقارنة بالطرق التقليدية غير المتصلة بالإنترنت وهي قريبة من التحليل في الوقت الفعلي بالطبع ، فالنهج المثالي هو المراقبة عبر الإنترنت ، ويفضل أن يكون ذلك في الموقع. ومع ذلك ، فإن تركيب أجهزة القياس عبر الإنترنت غير ممكن في كل حالة من ظروف المعالجة الحيوية.

يتم تنظيم نباتات الهضم اللاهوائية بشكل شائع بناءً على نتائج تحليلية متصلة أو غير متصلة بالإنترنت (Madsen et al. 2011). من خلال تطبيق التحليل الطيفي للانعكاس الكلي المخفف في منتصف الأشعة تحت الحمراء (ATR-MIR) ، تم فحص الأمونيوم والجلوكوز والميثيل أوليات والكتلة الحيوية في عملية تخمير معقدة بالمضادات الحيوية باستخدام Streptomyces clavuligerus (Roychoudhury وآخرون ، 2006). يمكن أيضًا استخدام المعلومات على الإنترنت التي تم جمعها من قياس التدفق الخلوي لتغيير استراتيجية التحكم في إنتاج الوقود الحيوي لتعزيز إنتاجية العملية (دا سيلفا وآخرون ، 2012). من حيث المبدأ ، يمكن تثبيت كل خداع قياس تقريبًا على الخط.

قياس الكتلة الحيوية عبر الإنترنت

أكثر أجهزة القياس شيوعًا في الموقع (Vojinović et al. 2006 Kiviharju et al. 2008 Höpfner et al. 2010) هي كما يلي:

أجهزة الاستشعار الضوئية الفلورية

أجهزة الاستشعار الطيفية الأخرى

مجسات بصرية

تعتمد قياسات الكتلة الحيوية باستخدام أجهزة الاستشعار البصرية إما على الإرسال أو التشتت الخلفي. لا تُظهر المجسات القائمة على مبدأ التشتت الخلفي أي قيود في حالة زيادة تركيز الكتلة الحيوية مقارنة بتحقيقات الإرسال. يمكن أن تنتج المستشعرات الضوئية استجابات خاطئة ناتجة عن مورفولوجيا الخلية أو فقاعات الغاز المتداخلة (Ulber et al. 2003 Vojinović et al.2006). الآثار المعلقة الأخرى ، وضرورة تنظيف المستشعرات الضوئية هي مشاكل شائعة لهذه المجسات (Locher et al.1992). يوصى بالمعايرة الفردية لأجهزة الاستشعار البصرية لأن الإشارات تعتمد بشدة على مورفولوجيا الخلية. أظهرت قياسات الوزن الجاف للخلية والطرق البصرية عبر الإنترنت ارتباطات مختلفة وفقًا للسلالات التي تم فحصها (Ude et al. 2014).

أجهزة الاستشعار الضوئية الفلورية

يمكن استخدام المستشعرات الضوئية الفلورية لقياس التألق مدى الحياة المنبعث من الميكروبات في الثقافة. عند تطبيق هذه الطريقة ، يمكن اكتشاف الخلايا القابلة للحياة فقط في المجتمع. في الخلايا النشطة والحيّة ، يلعب NAD (P) H دورًا مهمًا في نقل الإلكترون من متبرع الإلكترون إلى متقبل الإلكترون. تم العثور على إشارة ومقدار NAD (P) H في نظام بيولوجي مرتبطين بتركيز الكتلة الحيوية (Coppella and Rao 1990 Farabegoli et al.2003). تقتصر هذه التقنية على التوالي على الاستدلالات من المركبات المتوسطة التي تنبعث أو تمتص بين 360 و 450 نانومتر. لذلك ، يمكن استخدام التراكيب المتوسطة المحددة جيدًا فقط عند تطبيق المستشعرات الضوئية (Marose et al. 1999). يمكن التحايل على التداخلات المحتملة من قبل العديد من الفلوروفورات (مثل FAD ، NAD ، NADH) باستخدام قياسات أطياف الفلورسنت ثنائية الأبعاد للامتصاص / الانبعاث أو قياس التألق متعدد الأطوال الموجية (Morel et al. 2004 Vojinović et al. 2006 Kiviharju et al. 2008). القوة والقدرة على قياس التأثيرات داخل الخلايا وكذلك سرعتها في قياس عينات الفلورسنت هي المزايا الرئيسية لهذه الأنظمة (Locher et al. 1992).

أجهزة الاستشعار الطيفية الأخرى

مطياف الأشعة تحت الحمراء

تُستخدم المستشعرات الطيفية بشكل شائع لاكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء ضمن نطاق يتراوح بين 0.74 - 1.1 نانومتر (Landgrebe et al. 2010). يعد التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء تقنية تحليلية تُستخدم لتحليل مجموعة متنوعة من المركبات العضوية والركائز والمنتجات والمستقلبات والكتلة الحيوية. تعتمد هذه الطريقة على الاهتزازات الجزيئية للمركبات العضوية ، التي لها بصمات طيفية تنتمي إلى مجال الأشعة تحت الحمراء (Landgrebe et al. 2010). ينقسم ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاث مناطق: منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR) ، ومنطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIR) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). لرصد العمليات الحيوية ، يتوفر نوعان من أجهزة الاستشعار الطيفية ، مجسات MIR و NIR (Olsson and Nielsen 1997 Landgrebe et al. 2010). يمكن قياس نمو الميكروبات إما عن طريق امتصاص الضوء (التعكر) أو تشتت الضوء (قياس الكلية) في نطاقات NIR المرئية (Marose et al. 1999). يُظهر NIR أفضل ارتباط بين الطول الموجي والكتلة الحيوية عند 2300 نانومتر. لا تمتص غالبية الوسائط الضوء في منطقة NIR هذه (2300 نانومتر) (Olsson and Nielsen 1997 Marose et al. 1999).

مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية

يمكن استخدام مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية منخفضة التردد (EIS) كأداة عملية عبر الإنترنت لمراقبة تركيزات الخلايا القابلة للحياة أثناء الزراعة. عبر EIS ، يتم الكشف عن السماحية النسبية بين قطبين متأثرين بالخلايا ذات غشاء الخلية الصحيح. ترتبط هذه الإشارة بدورها بقياس وزن الخلية الجافة للكائن الحي محل الاهتمام. وبالتالي ، يمكن إجراء تقدير لتركيز الخلية القابلة للحياة. تتميز التقنية المقترحة بنطاق ديناميكي عالٍ من كثافة الخلايا المنخفضة إلى العالية التي تتجاوز 40 جم / لتر -1 وزن جاف للخلية مع تداخلات خلفية منخفضة (Slouka et al. 2016).

نمذجة حركية النمو

النمذجة هي أداة قوية للحصول على نظرة ثاقبة للعملية الحيوية البيولوجية. مفاهيم النمذجة مذكورة أدناه:

تقدير الكثافة الحيوية للكتلة الحجمية

تقدير الدولة

تعد المراقبة في الوقت الفعلي للخصائص الفسيولوجية مثل تركيزات الكتلة الحيوية والمنتج والركيزة والسلائف أثناء الزراعة ذات أهمية كبيرة أثناء عمليات التكنولوجيا الحيوية. يمكن تطبيق خوارزمية مرشح الجسيمات لتقدير حالات العملية التي يصعب قياسها. يمثل مرشح الجسيمات إطارًا خوارزميًا جديدًا ، يجمع بين العديد من الأساليب والتقنيات الموجودة بالفعل (عبر الإنترنت وغير متصل) لتقدير الحالة (Kager et al. 2018).

تقدير الكثافة الحيوية للكتلة الحجمية

تعد كثافة الكتلة الحيوية البيولوجية (الكتلة الحيوية / الحجم الحيوي) المشار إليها على أنها الكثافة الحيوية متغيرًا فسيولوجيًا يمكن تقديره باستخدام التحليل الطيفي العازل ومستشعر ناعم يعتمد على موازين العناصر الأولية. يتيح الجمع بين كلتا الإشارتين تقديرًا في الوقت الفعلي للكثافة الحيوية أثناء الزراعة.يقيس التحليل الطيفي العازل سماحية مرق التخمير في وضع التردد المزدوج ، والمحاسبة عالية التردد للخلفية غير الخلوية والمحاسبة منخفضة التردد للسماحية المنسوبة إلى الخلايا الحية. يقدر التحليل الطيفي العازل الكتلة الحيوية من خلال ربط إشارة السماحية ، والتي تعكس جزء الحجم المغلف للخلايا. المستشعرات اللينة هي خوارزميات برمجية تحسب معلمات العملية غير المقاسة من إشارات العملية المتاحة بسهولة. يمكن إجراء تقدير دقيق لتركيز الكتلة الحيوية عبر موازنة العناصر. يتيح تطبيق هذا المستشعر حسابًا في الوقت الفعلي لمعدلات محددة ومعاملات العائد ، مما يوفر نظرة ثاقبة للتغيرات الفسيولوجية. يوفر الجمع بين كلتا الإشارتين ، التحليل الطيفي العازل والمستشعر الناعم ، إمكانية تقدير الكتلة الحجمية (Ehgartner et al. 2014 ، 2017).

نموذج ADM1

يعكس نموذج الهضم اللاهوائي رقم 1 (ADM1) خطوات العمليات الرئيسية أثناء الهضم وتكوين المنتج ، وتحويل الركائز العضوية المعقدة إلى CH4 وشارك2 ومنتجات ثانوية خاملة (Batstone et al. 2002 Jimenez et al. 2015). تأخذ المعادلات الحركية في الاعتبار نمو الميكروبات واضمحلال الكتلة الحيوية. لذلك ، يشتمل النموذج على سبع مجموعات غذائية ميكروبية. يرتبط نمو هذه المجموعات بمعدلات تحلل المواد العضوية ويتم وصفه من خلال التبعيات الشبيهة بمونود. أيضا ، الآثار المثبطة للأس الهيدروجيني ، H2والأمونيوم والأحماض الدهنية يتم أخذها في الاعتبار من خلال المعادلات. يتضمن النموذج تحلل المواد الصلبة المعقدة إلى كربوهيدرات وبروتينات ودهون ، والتي تتحلل إلى المزيد من السكريات والأحماض الأمينية و VFAs. يتم تخمير الكربوهيدرات والبروتينات إلى VFA (تكوين الحمض) و H.2. يتم تحويل الأحماض الدهنية إلى أسيتات و H2. CH4 يتم إنتاجه عن طريق تكوين ميثان الأستوكلاستيك وذات التغذية الهيدروجينية. تصف المعادلات الفيزيائية والكيميائية ارتباط وتفكك الأيونات ، ونقل الغاز والسائل أثناء عملية الهضم. تتيح مجموعة المعادلات التفاضلية والجبرية هذه تحديد 26 متغيرًا ديناميكيًا لتركيز الحالة ، و 8 متغيرات جبرية ضمنية لكل وعاء أو عنصر مفاعل حيوي. لرصد العملية ، هناك 32 متغيرًا لحالة التركيز الديناميكي المقدمة ، بناءً على المعادلات التفاضلية (Batstone et al. 2002 Jimenez et al. 2015). نموذج ADM1d هو امتداد لنموذج ADM1 ويصف توزيع الكتلة الحيوية داخل نموذج من قسم واحد (Mu et al. 2008).


الفصل السادس والعشرون - نظام التبريد والتحكم الميكروبيولوجي

يمكن أن تساعد عوامل التحكم الميكروبيولوجية في SUEZ في معالجة أنظمة التبريد وحمايتها من مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة والنمو الميكروبيولوجي.

توفر أنظمة مياه التبريد ، وخاصة أنظمة إعادة التدوير المفتوحة ، بيئة مواتية لنمو الكائنات الحية الدقيقة. يؤدي النمو الميكروبي على الأسطح المبللة إلى تكوين الأغشية الحيوية. إذا لم يتم التحكم في هذه الرقائق ، فإنها تسبب تلوثًا ، مما قد يؤثر سلبًا على أداء المعدات ، ويعزز تآكل المعدن ، ويسرع من تدهور الأخشاب. يمكن السيطرة على هذه المشاكل من خلال المراقبة الحيوية المناسبة واستخدام مضادات الميكروبات المناسبة لمياه التبريد.

ينتج التلوث الميكروبيولوجي في أنظمة التبريد عن النمو الوفير للطحالب والفطريات والبكتيريا على الأسطح. قد تدعم أنظمة المياه المعاد تدويرها مرة واحدة ومفتوحة أو مغلقة نمو الميكروبات ، ولكن عادة ما تتطور مشاكل القاذورات بسرعة أكبر وتكون أكثر شمولاً في أنظمة إعادة التدوير المفتوحة.

تحتوي تيارات مياه التبريد التي تتم مرة واحدة بشكل عام على مستويات منخفضة نسبيًا من العناصر الغذائية الضرورية لنمو الميكروبات ، لذلك يكون النمو بطيئًا نسبيًا. تعمل أنظمة إعادة التدوير المفتوحة على تنظيف الميكروبات من الهواء ومن خلال التبخر ، تركز العناصر الغذائية الموجودة في ماء المكياج. نتيجة لذلك ، يكون نمو الميكروبات أسرع. قد تساهم عمليات التسرب في زيادة حمل المغذيات لمياه التبريد. تؤدي إعادة استخدام المياه العادمة للتبريد إلى إضافة عناصر غذائية ، كما تساهم بكميات كبيرة من الميكروبات في نظام التبريد.

بالإضافة إلى توافر العناصر الغذائية العضوية وغير العضوية ، تساهم عوامل مثل درجة الحرارة ، ونطاق التحكم الطبيعي في درجة الحموضة ، والتهوية المستمرة لمياه التبريد في بيئة مثالية لنمو الميكروبات. قد يكون ضوء الشمس اللازم لنمو الطحالب موجودًا أيضًا. نتيجة لذلك ، قد تتطور مجموعات ميكروبية كبيرة ومتنوعة.

نتيجة النمو الميكروبي غير المنضبط على الأسطح هو تكوين "الوحل". الوحل عادة عبارة عن تجمعات من المواد البيولوجية وغير البيولوجية. يتكون المكون البيولوجي ، المعروف باسم البيوفيلم ، من الخلايا الميكروبية ومنتجاتها الثانوية. المنتج الثانوي السائد ، المادة البوليمرية خارج الخلية (EPS) ، هو خليط من البوليمرات المائية. تشكل هذه البوليمرات شبكة تشبه الهلام حول الخلايا ويبدو أنها تساعد في الارتباط بالأسطح. يمكن أن تكون المكونات غير البيولوجية حطامًا عضويًا أو غير عضوي من العديد من المصادر التي تم امتصاصها أو تضمينها في بوليمر الأغشية الحيوية.

يمكن أن يتشكل الوحل في جميع أنحاء الأنظمة التي يتم إعادة تدويرها مرة واحدة ويمكن رؤيتها أو الشعور بها حيث يمكن الوصول إليها. في المناطق غير المعرضة للخطر ، يمكن أن يتجلى الوحل من خلال انخفاض كفاءة نقل الحرارة أو انخفاض تدفق المياه. قد تخترق الكائنات الحية المدمرة للخشب أخشاب برج التبريد ، مما يؤدي إلى هضم الخشب والتسبب في انهيار الهيكل. يمكن أن يؤدي النشاط الميكروبي تحت الرواسب أو داخل الوحل إلى تسريع معدلات التآكل وحتى تثقيب أسطح المبادلات الحرارية.

الكائنات الدقيقة

الكائنات الحية الدقيقة التي تشكل رواسب طينية في أنظمة مياه التبريد هي ميكروبات شائعة في التربة والمياه والجو (انظر الشكل 26-1). قد تدخل هذه الميكروبات إلى النظام بماء الماكياج ، إما بأعداد قليلة من مصادر المياه العذبة أو بأعداد كبيرة عندما يكون المكياج مياه صرف. يمكن أيضًا تنقية كميات كبيرة من الهواء أثناء سحبها من خلال برج التبريد. قد تساهم عمليات التسرب في الكائنات الحية الدقيقة أيضًا.

بكتيريا. يمكن لمجموعة متنوعة من البكتيريا استعمار أنظمة التبريد. الأشكال الكروية ، على شكل قضيب ، حلزوني ، وخيطي شائعة. ينتج البعض جراثيم للبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية المعاكسة مثل فترات الجفاف أو درجات الحرارة المرتفعة. يمكن العثور على كل من البكتيريا الهوائية (التي تزدهر في المياه المؤكسجة) والبكتيريا اللاهوائية (التي يثبطها الأكسجين أو تقتلها) في أنظمة التبريد.

الفطريات. هناك نوعان شائعان من الفطريات هما القوالب (الأشكال الخيطية) والخمائر (الأشكال أحادية الخلية). يمكن أن تكون القوالب مزعجة للغاية ، مما يتسبب في تعفن أبيض أو تعفن بني لخشب برج التبريد ، اعتمادًا على ما إذا كانت سليلوليتيك (هجوم السليلوز) أو مادة اللجنين المتحللة. الخمائر هي أيضا سليلوليتيك. يمكن أن تنتج الوحل بكميات وفيرة وتفضيل استعمار الأسطح الخشبية.

الطحالب. الطحالب هي كائنات حية ضوئية. تعد الطحالب الخضراء والأزرق والأخضر شائعة جدًا في أنظمة التبريد (يتم تصنيف الطحالب الخضراء المزرقة الآن ضمن البكتيريا وتسمى البكتيريا الزرقاء). يمكن أن تكون أنواع مختلفة من الطحالب مسؤولة عن النمو الأخضر الذي يحجب المصافي وأسطح التوزيع. يمكن أن يؤدي تلوث الطحالب الشديد في النهاية إلى تدفق المياه غير المتوازن وتقليل كفاءة برج التبريد. قد تكون الدياتومات (الطحالب المحاطة بجدار خلوي سيليكا) موجودة أيضًا ولكنها عمومًا لا تلعب دورًا مهمًا في مشاكل نظام التبريد.

الاختلافات والتشابهات

على الرغم من اختلاف الطحالب والفطريات والبكتيريا في كثير من النواحي ، إلا أنها تشترك أيضًا في العديد من الخصائص. تعتبر أوجه التشابه والاختلاف هذه مهمة في فهم الحشف الحيوي ومكافحته.

  • يختلف حجم الخلية باختلاف مدى تعقيد بنية الخلية. أبسط البكتيريا والبكتيريا الزرقاء أصغر بكثير من العفن والخمائر والطحالب الأخرى. بسبب عمليات التمثيل الغذائي الأسرع ومعدلات النمو ، فإن هذه الخلايا الأصغر قادرة على التكاثر بسرعة أكبر.
  • تتطلب جميع الكائنات الحية الدقيقة الماء للنمو. على الرغم من أنها تختلف من حيث المتطلبات المائية المطلقة والقدرة على البقاء على قيد الحياة في فترات الجفاف ، إلا أن مجموعة ميكروبية نشطة وقابلة للحياة لا يمكن أن توجد بدون ماء.
  • ترتبط معظم الكائنات الحية الدقيقة التي تنمو في أنظمة التبريد بجدار خلوي صلب. يعطي جدار الخلية الكائن الحي شكله المميز ويوفر القوة الميكانيكية. يوجد داخل جدار الخلية مباشرة غشاء خلوي يعمل كحاجز نفاذية للخلية. يسمح الحاجز للخلية بتركيز المواد الكيميائية المرغوبة ، مثل العناصر الغذائية ، واستبعاد أو إخراج المواد الكيميائية السامة أو غير المرغوب فيها ، مثل مواد النفايات. يمكن إنشاء تدرجات تركيز بعدة أوامر من حيث الحجم عبر الغشاء. يجب أن تستهلك جميع الخلايا كميات كبيرة من الطاقة الأيضية للحفاظ على حالة داخلية مثالية. إحدى السمات الأساسية لجميع الميكروبات هي القدرة على الحفاظ على التنظيم الضروري وسلامة الخلية في بيئة معادية ومتغيرة.
  • يجب على جميع الخلايا الحصول على الطاقة و "اللبنات الأساسية" الكيميائية من بيئتها من أجل البقاء والنمو. تتم مناقشة قدرة كل نوع من الخلايا على أداء هذه الوظيفة في بيئات مختلفة في القسم التالي.

النمو الميكروبيولوجي

من بين اللبنات الأساسية التي تستخدمها الخلايا الميكروبية ، وتلك التي تحتاجها بكميات كبيرة ، الكربون والنيتروجين والفوسفور. تختلف الميكروبات في الطريقة التي تستخدمها للحصول على الكربون. يمكن للطحالب الخضراء والبكتيريا الزرقاء وبعض البكتيريا استخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر وحيد للكربون وتحويله ("إصلاحه") إلى مركبات الكربون الخلوية. تتطلب معظم البكتيريا والخميرة والعفن مركبات كربونية مشكلة مسبقًا وتستخدم جزيئات عضوية تتراوح من بسيطة جدًا إلى معقدة جدًا. من أجل تلبية متطلبات النيتروجين ، تقوم الميكروبات "بإصلاح" النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي أو استخدام الأمينات والنتريت والنترات الموجودة في البيئة. يمكن استخدام الفوسفات العضوي وغير العضوي المتكون بشكل طبيعي لتلبية متطلبات الفوسفات الميكروبي.

طورت الميكروبات طرقًا عديدة لاستخراج الطاقة من محيطها. تحبس الطحالب وكائنات التمثيل الضوئي الأخرى الطاقة الضوئية من الشمس. يمكن أن تتأكسد المواد الكيميائية غير العضوية ، مثل الأمونيا والكبريت والهيدروجين ، بواسطة بكتيريا معينة لإطلاق الطاقة. بشكل أكثر شيوعًا ، تحرر البكتيريا والخمائر والعفن الطاقة الكيميائية المخزنة في المركبات العضوية ، مثل السكريات والبروتينات والدهون والزيوت والأحماض العضوية والكحول.

تستخدم الكائنات الهوائية الأكسجين لدفع الأكسدة التي تطلق الطاقة الكيميائية. لا تستخدم اللاهوائية الأكسجين ولكنها قد تحل محل جزيئات مثل الكبريتات أو النترات بدلاً من الأكسجين. في عملية إنتاج الطاقة اللاهوائية ، يتم تقليل هذه الجزيئات المؤكسدة ، وتشكيل الكبريتيدات أو غاز النيتروجين. عندما لا يتوفر مؤكسد مقبول ، لا يزال بإمكان بعض اللاهوائيات توليد الطاقة ، على الرغم من أنها أقل كفاءة ، عن طريق اقتران أكسدة نصف جزيء الركيزة باختزال النصف الآخر. عادةً ما تكون المنتجات الثانوية لهذا التفاعل "المخمر" عبارة عن أحماض عضوية مختلفة. تستخرج جميع الميكروبات الطاقة وتجمعها في عبوات صغيرة قابلة للاستخدام. بمجرد توفير الطاقة ، لا توجد سوى اختلافات طفيفة في كيفية استخدامها.

في وجود المغذيات الكافية ، يمكن أن يحدث النمو والتكاثر. تتكاثر البكتيريا والبكتيريا الزرقاء عن طريق الانشطار الثنائي ، وهي عملية تنقسم فيها الخلية لتشكل خليتين ابنتيتين متطابقتين. تنقسم الخمائر عن طريق التبرعم ، وتشكل الخلية الأم بشكل متكرر خلايا ابنة مفردة متطابقة ولكنها أصغر بكثير. تنمو القوالب الخيطية عن طريق تكوين خلايا جديدة عند الطرف المتنامي للخيوط. يمكن أن تحتوي الطحالب الخضراء على عدة أنماط من النمو ، اعتمادًا على الأنواع ، بدءًا من امتداد الطرف إلى إنتاج عدة خلايا من خلية واحدة خلال دورة انقسام واحدة. كما هو الحال مع ميزات الخلية الأخرى ، يزداد تعقيد عمليات النمو أيضًا مع زيادة حجم الخلية. في ظل الظروف المثلى ، يمكن لبعض البكتيريا مضاعفة أعدادها كل 20 إلى 30 دقيقة ، بينما يمكن أن تستغرق القوالب عدة ساعات لتتضاعف في الكتلة.

الكائنات الحية الدقيقة أيضًا قابلة للتكيف بشكل كبير مع التغيرات في بيئتها. ترتبط هذه الخاصية بحجم الخلية وتعقيدها. يمكن للأشكال البسيطة ذات الحد الأدنى من احتياجات النمو ومعدلات النمو السريع أن تشكل العديد من أجيال الخلايا في غضون أيام قليلة. يمكن أن تؤدي التغييرات العشوائية الطفيفة في الخصائص الخلوية خلال تلك الأجيال إلى إنتاج خلية جديدة أكثر قدرة على البقاء في بيئة متغيرة. يمكن لهذه الخلية الجديدة أن تهيمن على البيئة قريبًا. تحمل العديد من الميكروبات المعلومات في شكل غير معبر عنه للوظائف التي يتعين القيام بها عند الحاجة للبقاء على قيد الحياة. يمكن أن تؤدي التغييرات في البيئة إلى تنشيط هذه المعلومات مما يؤدي إلى تحقيق جميع أفراد المجتمع الميكروبي لقدرات جديدة كمجموعة ، في غضون جيل واحد.

عادة ، لا تكون مياه التبريد غنية بالمغذيات ، لذلك يجب أن تستهلك الميكروبات قدرًا كبيرًا من الطاقة في نقل العناصر الغذائية وتركيزها داخل الخلية. قد تنفق هذه العملية موارد الطاقة التي تعاني بالفعل من نقص في المعروض ، ولكن من الضروري السماح للآلات البيوكيميائية بالعمل بأقصى سرعة. نظرًا لوجود منافسة قوية على العناصر الغذائية المتاحة ، فإن تلك الأنواع الأكثر كفاءة في تركيز مغذياتها الأساسية ستتاح لها الفرصة للنمو بسرعة أكبر. معدل النمو سيكون محدودًا في النهاية بسبب المغذيات التي تنخفض أولاً إلى ما دون التركيز الأمثل ، ولكن هذا لن يكون بالضرورة المغذي في أدنى تركيز.

قد توفر المواد الكيميائية المطبقة على أنظمة التبريد ، في بعض الأحيان ، مصادر إضافية للمغذيات المحددة وبالتالي تساهم في نمو الميكروبات في الأنظمة. قد تؤدي تعديلات الأس الهيدروجيني إلى تحويل التوازن السكاني المستقر إلى حالة غير متوازنة ومزعجة. على الرغم من أن البكتيريا قد تكون تحت السيطرة عند درجة حموضة متعادلة ، فإن التحول إلى الأس الهيدروجيني الحمضي قد يؤدي إلى سيطرة العفن أو الخميرة. نظرًا لأن العديد من الطحالب تنمو بكثرة عند درجة حموضة قلوية ، فإن محاولة تقليل التآكل عن طريق رفع درجة الحموضة يمكن أن تؤدي إلى تكاثر الطحالب.

تؤثر التغيرات الموسمية أيضًا على أنماط النمو في أنظمة مياه التبريد. مجتمعات الطحالب الطبيعية في إمدادات المياه العذبة ديناميكية تمامًا ، ويمكن أن تتغير الأنواع السائدة بسرعة مع تغير درجات الحرارة والمغذيات وكميات ضوء الشمس. غالبًا ما تكون البكتيريا الزرقاء مستعمرات أساسية في نظام التبريد. يمكن أن تؤدي التغييرات الموسمية التي تزيد من أعدادهم في ماء المكياج إلى تكاثر الطحالب في النظام. في الخريف ، حيث تزيد الأوراق المتساقطة من مستوى المغذيات وتخفض الرقم الهيدروجيني ، يمكن أن تزداد البكتيريا على حساب الطحالب.

يتعرف علماء الأحياء الدقيقة على مجموعتين مختلفتين من الكائنات الحية الدقيقة. تم العثور على المجموعات العائمة الحرة (العوالق) في المياه السائبة. يستعمر السكان (اللاطئون) الأسطح. يمكن العثور على نفس الأنواع من الكائنات الحية الدقيقة في أي من المجموعتين ، ولكن السكان اللاطئين هم المسؤولون عن الحشف الحيوي.

يُعرف الكثير عن تكوين الأغشية الحيوية على الأسطح المبللة مثل أنابيب المبادل الحراري. تفرز الكائنات الحية الدقيقة على الأسطح المغمورة البوليمرات (في الغالب السكريات ولكن أيضًا البروتينات) ، والتي تلتصق بقوة حتى لتنظيف الأسطح وتمنع الخلايا من الانجراف بعيدًا عن طريق التدفق الطبيعي لمياه التبريد. يتم ترطيب هذه المواد البوليمرية خارج الخلية في الحالة الطبيعية ، وتشكل شبكة شبيهة بالهلام حول الكائنات الحية الدقيقة اللاطئة. تساهم شبكة البوليمر هذه في سلامة الأغشية الحيوية وتعمل كحاجز مادي يمنع المواد السامة والكائنات المفترسة من الوصول إلى الخلية الحية (انظر الشكل 26-2). يمكن أيضًا أن تستهلك بوليمرات البيوفيلم المؤكسدات قبل أن تصل إلى الكائنات الحية الدقيقة وتدمرها. نتيجة لذلك ، يتطلب التحكم في الكائنات الدقيقة اللاطئة جرعات أكبر بعدة مرات من المطلوب للتحكم في الكائنات العوالق.

تتطور الأغشية الحيوية ببطء في البداية ، لأن عددًا قليلاً فقط من الكائنات الحية يمكنها الارتباط والبقاء والنمو والتكاثر. مع زيادة عدد السكان أضعافا مضاعفة ، يزداد عمق البيوفيلم بسرعة. بوليمرات البيوفيلم لزجة وتساعد في ربط الخلايا الجديدة بالسطح المستعمر بالإضافة إلى تراكم الحطام غير الحي من المياه السائبة. قد يتكون هذا الحطام من رواسب كيميائية غير عضوية مختلفة ، كتل عضوية ، وكتل خلايا ميتة. ينتج القاذورات عن هذه العمليات التراكمية ، جنبًا إلى جنب مع نمو وتضاعف الخلايا الموجودة بالفعل على السطح وتوليد مادة بوليمرية إضافية بواسطة هذه الخلايا.

عند حدوث تلوث ، حتى التنظيف الميكانيكي لا يزيل كل آثار الأغشية الحيوية. الأسطح المتسخة والنظيفة سابقًا يتم استعمارها بسرعة أكبر من الأسطح الجديدة. تعزز مواد البيوفيلم المتبقية الاستعمار وتقلل من فترة التأخير قبل ظهور التلوث الكبير مرة أخرى.

تعمل الأغشية الحيوية الموجودة على أسطح التبادل الحراري كحواجز عازلة. يبدأ أداء المبادل الحراري في التدهور بمجرد أن يتجاوز سمك الأغشية الحيوية طبقة التدفق الصفحي. تحتوي الميكروبات والبوليمرات الحيوية المائية على كميات كبيرة من الماء ، ويمكن أن تكون الأغشية الحيوية أكثر من 90٪ من الماء بالوزن. نتيجة لذلك ، فإن الأغشية الحيوية لها موصلية حرارية قريبة جدًا من الماء ، ومن حيث كفاءة نقل الحرارة ، فإن الأغشية الحيوية هي ما يعادل طبقة من الماء الراكد على طول سطح التبادل الحراري.

في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب ، تكون مقاومة انتقال الحرارة أقل في التدفق المضطرب للمرحلة السائبة ، وأكبر قليلاً عبر جدران الأنبوب المعدني ، وأكبرها عبر مناطق التدفق الصفحي. مع زيادة سماكة الأغشية الحيوية الرقيقة ، تزداد أيضًا السماكة الظاهرية لمنطقة التدفق الصفحي. مثل الماء ، فإن الأغشية الحيوية أكثر مقاومة لنقل الحرارة بالتوصيل من 25 إلى 600 مرة من العديد من المعادن. زيادة طفيفة في السماكة الظاهرة للمنطقة الصفحية بسبب نمو الأغشية الحيوية لها تأثير كبير على نقل الحرارة. يقلل البيوفيلم الرقيق من نقل الحرارة بمقدار يساوي زيادة كبيرة في سمك جدار أنبوب المبادل. على سبيل المثال ، مقاومة انتقال الحرارة لتراكم بيوفيلم بسماكة 1 مم على جدار مبادل فولاذي منخفض الكربون تعادل زيادة قدرها 80 مم في سمك جدار الأنبوب.

يمكن أن تعزز الأغشية الحيوية تآكل الأسطح المعدنية الفاسدة بعدة طرق (انظر الشكل 26-3). يشار إلى هذا على أنه التآكل المتأثر بالميكروبات (MIC) ويتم مناقشته بمزيد من التفصيل في الفصل 25. تعمل الميكروبات كمحفزات بيولوجية تعزز آليات التآكل التقليدية:

  • إن الوجود البسيط السلبي للرواسب البيولوجية يمنع مثبطات التآكل من الوصول إلى السطح الملوث وإخماده
  • يمكن للتفاعلات الميكروبية تسريع تفاعلات التآكل المستمرة
  • يمكن أن تكون المنتجات الثانوية الجرثومية عدوانية مباشرة على المعدن

يؤدي الوجود المادي للغشاء الحيوي والنشاط الكيميائي الحيوي داخل الفيلم إلى تغيير البيئة عند السطح الملوث. الاختلافات بين المواقع المستعمرة وغير المستعمرة قد تعزز هجومًا يشبه الجلفانية. تستهلك الميكروبات الأكسجين بسرعة أكبر مما يمكن نقله من المحلول السائب ، وتصبح المناطق الموجودة أسفل البيوفيلم لاهوائية ومصقولة. كما يتم إعاقة إعادة تنشيط الأسطح المستعمرة. تتحول بعض الميكروبات المحرومة من الأكسجين إلى عمليات الأيض التخمرية وتنتج كميات كبيرة من الأحماض العضوية. يمكن أن يؤدي هذا إلى انخفاض درجة الحموضة في المناطق المحلية. يُفضل نمو اللاهوائية ، مثل البكتيريا التي تقلل الكبريتات ، في البيئات منخفضة الأكسجين. يمكن لهذه البكتيريا أكسدة تكوين الهيدروجين عند الكاثود وإزالة استقطاب خلية التآكل. قد تكون منتجاتها الثانوية للكبريتيد مسببة للتآكل بشكل مباشر أو قد تساهم بشكل أكبر في التفاضل الكهروكيميائي بين المواقع الفاسدة وغير الملوثة.

باختصار ، الميكروبات الناشئة في البيئة الطبيعية تستعمر أنظمة التبريد من خلال الاستفادة من الظروف البيئية المواتية.أنظمة التبريد هي بيئات مواتية للكائنات الحية الدقيقة لأنها تحتوي على الماء ، وتعمل في درجات حرارة ودرجة حموضة مقبولة ، وتوفر العناصر الغذائية للنمو. ينتج عن الارتباط الميكروبي بالأسطح في الأنظمة غير المعالجة رواسب تقلل من كفاءة المعدات ويمكن أن تكون مدمرة للغاية لمعدات التبريد.

بسبب السرعة التي يمكن أن تنمو بها الميكروبات في أنظمة مياه التبريد ، فإن المراقبة المتكررة لهذه الأنظمة ضرورية لتحديد المشاكل النامية. يمكن للمراقبة اليقظة لبيانات التشغيل تحديد الاتجاهات ، وتوضح عمليات التفتيش الدورية للنظام ما إذا كان التلوث يحدث أم لا. يمكن استخدام كوبونات الاختبار واختبار المبادلات الحرارية في أنظمة التشغيل لتسهيل المراقبة دون مقاطعة تشغيل النظام.

يمكن تحليل الرواسب التي تم جمعها من نظام التبريد في المختبر لتحديد تركيبها الكيميائي ومحتواها البيولوجي. إذا كان الرواسب يحتوي على محتوى ميكروبيولوجي كبير ، فيجب تحديد العوامل المسببة للعلاج. يمكن للمختبر تحديد العوامل على أنها في الغالب طحالب أو بكتيرية أو فطرية ، إما مجهريًا (انظر الشكل 26-4) أو عن طريق العزل والتعرف الثقافي الروتيني.

يمكن أيضًا إجراء التعداد الميكروبي لتحديد ما إذا كانت المجموعات السكانية داخل النظام مستقرة أو متزايدة أو متناقصة. عادة ، يتم مراقبة مجموعات العوالق عن طريق تقنية العد الصفائح بالطرق القياسية. ومع ذلك ، لا يمكن اكتشاف جميع الكائنات الحية في عملية القاذورات بهذه الطريقة. لا يتم الكشف عن البكتيريا اللاهوائية ، مثل مخفضات الكبريتات التي يمكن أن تسبب تآكلًا تحت الترسيب ، عن طريق الإجراءات الثقافية الهوائية. يجب استخدام تقنيات خاصة لضمان الكشف عن هذه الكائنات (انظر الأشكال 26-5 و26-6). الشكل 26-5. الشكل 26-6.

الاعتماد الوحيد على أعداد المياه السائبة لن يوفر معلومات كافية عن مدى تلوث السطح. يجب تفسير النتائج في ضوء ظروف التشغيل في وقت جمع العينة. على سبيل المثال ، في نظام غير معالج ، قد توجد مجموعة بيوفيلم صحية ومستقرة بينما تكون أعداد المياه بكميات كبيرة منخفضة ، بسبب إطلاق عدد قليل من الكائنات الحية اللاطئة من السطح الملوث. إذا تم استخدام أحد مضادات الميكروبات ، فقد يزيد عدد كميات المياه بكميات كبيرة بشكل كبير. ويرجع ذلك إلى اضطراب الغشاء الحيوي الرقيق ونزع الكائنات الحية اللاطئة في المياه السائبة.

للحصول على تشخيص أفضل ، من الضروري استخدام تقنيات المراقبة الميكروبية التي تسمح بتقييم مباشر أكثر لظروف السطح. من الممكن تنظيف مساحة سطح معروفة وتعليق الكائنات الحية المزالة في حجم معروف من الماء المعقم. بعد أن يتم طلاء هذا الماء ، يوفر الحساب العكسي تقديرًا تقريبيًا لعدد الكائنات الحية الموجودة على السطح الأصلي.

تتضمن تقنية أخرى مراقبة النشاط الكيميائي الحيوي على سطح منطقة معروفة. يتم تحضين عينة الوقود الحيوي باستخدام ركيزة مناسبة. يرتبط تركيز منتج التفاعل الموجود بعد وقت تلامس محدد بأعداد الكائنات الحية وصحتها على السطح ، وبالتالي يمكن استخدامه كمقياس للحشف الحيوي.

بغض النظر عن المجموعة المستهدفة أو تقنية المراقبة المستخدمة ، فإن نقطة البيانات المنفردة المعزولة ليس لها معنى يذكر. يجب تجميع البيانات المختلفة لإنشاء ملف تعريف للاتجاهات الميكروبيولوجية في النظام. يجب أن يتضمن هذا السجل أيضًا ملاحظات حول أداء المعدات وظروف التشغيل في وقت جمع العينات ، وبالتالي توفير سياق مفيد لتفسير البيانات الجديدة.

بعد تحديد أن العلاج ضروري لحل مشكلة القاذورات ، يجب اختيار منتج فعال. لا يجوز اتخاذ الخيارات الأولية إلا إذا كان العامل الميكروبي المسبب معروفًا ، لأن طيف نشاط جميع مضادات الميكروبات ليس هو نفسه. يتحكم البعض بشكل فعال في الطحالب ولكن ليس البكتيريا. بالنسبة للآخرين ، العكس هو الصحيح. بالنسبة للبعض ، فإن طيف النشاط ، المحدد عن طريق تثبيط امتصاص المغذيات المشعة ، واسع جدًا ، ويغطي جميع ميكروبات مياه التبريد الشائعة (انظر الجدول 26-1 والشكل 26-7).

الجدول 26-1. فعالية مضادات الميكروبات.

أنا50 (جزء في المليون) *
*أنا50 القيم هي التركيزات التي تمنع نمو الكائن الحي بنسبة 50٪ ويتم تحديدها عن طريق استخدام عنصر مغذي يحمل علامة 14C.

معرفة كيفية تأثير مضادات الميكروبات المختلفة على الكائنات الحية الدقيقة مفيدة أيضًا في اختيار العلاج المناسب. البعض يقتل الكائنات الحية التي يتصلون بها. البعض الآخر يمنع نمو الكائنات الحية ولكن لا يقتلها بالضرورة. يمكن أن تكون هذه الإحصائيات الحيوية فعالة إذا تم الحفاظ على تركيز مناسب في نظام لفترة كافية (التركيز المستمر مثالي).

يجب إجراء تقييم معملي للفعالية النسبية لمضادات الميكروبات. هذا يساعد على تحديد أولئك الذين من المحتمل أن يعملوا ضد الكائنات الحية المتسخة في النظام والقضاء على أولئك الذين لديهم فرصة ضئيلة للنجاح. نظرًا لأن الهدف من العلاج بمضادات الميكروبات هو التحكم في الكائنات الحية الرقيقة أو القضاء عليها ، فمن المفيد إجراء التقييم مع الكائنات الحية اللاطئة الموجودة في الرواسب ، وكذلك الكائنات العوالق في المياه المتدفقة.

يجب أن يكون الهدف من أي برنامج علاج هو تعريض السكان الميكروبيين المرتبطين بجرعة كافية من مضادات الميكروبات لاختراق البيوفيلم وتعطيله. بشكل عام ، يتطلب تنظيف النظام المفسد تركيزات أعلى من المعالجة التي يتم تغذيتها بشكل متقطع ، بينما يمكن تحقيق الحفاظ على نظام نظيف باستخدام تغذية مستمرة أو شبه مستمرة منخفضة المستوى. بالنظر إلى مستوى معين من القاذورات ، كلما أقصر وقت التعرض المسموح به بواسطة ظروف تشغيل النظام ، زاد تركيز مضادات الميكروبات المطلوبة. على العكس من ذلك ، إذا كانت أوقات التعرض طويلة ، فيمكن التحكم في نفس المستوى من التلوث بجرعات أقل من مضادات الميكروبات.

تكون نتائج اختبار مضادات الميكروبات أكثر صلة عندما تستند إلى أوقات التلامس المستمدة من النظام المراد معالجته. نظرًا لأن أوقات الاتصال مرة واحدة عادةً ما تكون قصيرة ، فقد يكون من الصعب جدًا محاكاة هذه الأنظمة في الاختبارات المعملية. يتم تكرار أوقات التلامس الأطول المرتبطة بإعادة تدوير أنظمة التبريد بسهولة في المختبر.

في الأنظمة التي تتم مرة واحدة ، يجب إطعام مضادات الميكروبات باستمرار لتحقيق وقت التلامس اللازم. في كثير من الأحيان ، تكون المستويات المنخفضة فقط من مضادات الميكروبات ميسورة التكلفة على أساس التغذية المستمرة. قد تكون المعالجة شبه المستمرة أكثر اقتصادا أو قد تكون مطلوبة بسبب قيود الصرف. لا يزال يجب تصميم مثل هذا البرنامج المتقطع للأنظمة التي تتم مرة واحدة لتحقيق تركيز فعال من مضادات الميكروبات في جميع أنحاء النظام ، باستخدام فترات العلاج التي تتراوح من دقائق إلى ساعات في اليوم.

يمكن أيضًا معالجة الأنظمة المعاد تدويرها بشكل مستمر أو متقطع ، على الرغم من أن برامج العلاج المتقطعة أكثر شيوعًا. الغرض من المعالجة المتقطعة في هذه الأنظمة هو توليد تركيز عالٍ من مضادات الميكروبات التي تخترق وتعطل الأغشية الحيوية وتتبدد في النهاية. عندما ينخفض ​​مستوى العلاج إلى ما دون عتبة السموم ، يبدأ نمو الميكروبات مرة أخرى. بعد فترة من الضرب ، تتم إزالة النمو الجديد بجرعة صدمة أخرى. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن إعادة استعمار الأسطح المتسخة مسبقًا بمعدل متسارع. لذلك ، قد تختلف فترة النمو والإزالة داخل النظام ، وبالتأكيد ستختلف بين الأنظمة ، حتى تلك التي تستخدم نفس مصدر المياه.

يمكن تحديد الوقت الذي ينخفض ​​فيه تركيز مضادات الميكروبات إلى ما دون عتبة التركيز في نظام إعادة التدوير رياضيًا. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة للغاية في تخطيط جدول زمني للتحكم الفعال والاقتصادي في الوحل. يجب تقدير تركيز العتبة المطلوب من تقييم السمية. يمكن تحديد النضوب النظري لمضادات الميكروبات من النظام من الصيغة التالية:

BD x T Log Cf = log Ci - 2.303V حيث: Cf = التركيز النهائي ، جزء في المليون Ci = التركيز الأولي ، جزء في المليون

BD = تصريف الهواء وفقدان انحراف القذيفه بفعل الهواء ، gpm V = سعة النظام ، gal T = الوقت ، min

من الممارسات المعتادة تكرار علاج الصدمة عندما يكون Cf 25٪ من Ci. على هذا الأساس ، يمكن حساب الفاصل الزمني لإضافة مضادات الميكروبات على النحو التالي:

سيشير حل هذه المعادلة لـ T إلى مدى تكرار إضافة سبيكة إلى النظام ، ولكن هذا التحديد صالح فقط لاستنفاد 75٪ أو نصف عمر.

المعادلات المقدمة غير صالحة للمركبات التالية:

  • المركبات المتطايرة والتي قد تضيع أثناء المرور فوق البرج
  • المركبات التي تتفاعل مع المواد الموجودة في الماء (أي الطلب)
  • المركبات التي تتحلل في الماء

عند التخطيط لبرنامج مكافحة الوحل ، يجب أيضًا مراعاة أي طلب كيميائي لمياه المعالجة لمضادات الميكروبات المستخدمة. قد يؤدي عدم السماح بالطلب الكيميائي إلى منع الوصول إلى الحد الأدنى للتركيز الضروري وقد يؤدي إلى فشل برنامج المعالجة. يجب أيضًا مراعاة توافق مضادات الميكروبات مع العلاجات الأخرى المضافة إلى الماء.

تؤثر العديد من متغيرات النظام على سلوك الميكروبات في النظام ، ويمكن أيضًا أن تتأثر تأثيرات مضادات الميكروبات بهذه المتغيرات. لذلك ، يجب النظر بعناية في تحديد ما إذا كان سيتم معالجة نظام مياه التبريد ومتى وأين يتم ذلك.

التكلفة هي المعيار الأساسي لاختيار برنامج مكافحة الوحل. لا يمكن تحديده دون معرفة أو تقدير التكاليف الفردية للمواد الكيميائية ومعدات الأعلاف والعمالة المطلوبة لتطبيق البرنامج ومراقبته ، إلى جانب متطلبات معالجة النفايات السائلة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب موازنة الآثار السلبية المحتملة لتنفيذ البرنامج مقابل تلك التي قد تنتج في حالة عدم إجراء العلاج. يمكن أن تساعد معرفة تكاليف المكونات في توجيه تنفيذ البرنامج. على سبيل المثال ، إذا كانت تكاليف العمالة مرتفعة ، فقد يكون من الأكثر اقتصادا إطعام أحد مضادات الميكروبات بشكل متكرر وتقليل مقدار المراقبة المطلوبة. يجب النظر في كل نظام على حدة ، وقد يلزم أيضًا إجراء تعديلات موسمية.

يمكن تقسيم مضادات الميكروبات المستخدمة للتحكم الميكروبيولوجي إلى مجموعتين: مؤكسدة وغير مؤكسدة. يتم تناول المؤكسدات ، مثل الكلور والبروم ، في الفصل 27 ، وتناقش المواد غير المؤكسدة في موازنة هذا الفصل.

يمكن فقط التمييز النسبي بين مضادات الميكروبات المؤكسدة وغير المؤكسدة ، لأن بعض المواد غير المؤكسدة لها خصائص مؤكسدة ضعيفة إلى خفيفة. يتعلق الاختلاف الأكثر أهمية بين المجموعتين بطريقة العمل. تمارس مضادات الميكروبات غير المؤكسدة تأثيرها على الكائنات الحية الدقيقة من خلال التفاعل مع مكونات خلوية معينة أو مسارات تفاعل في الخلية. يعتقد أن مضادات الميكروبات المؤكسدة تقتل من خلال الأكسدة العشوائية للأنواع الكيميائية على السطح أو داخل الخلية.

هناك حاجة إلى فهم كيمياء وأنماط عمل مضادات الميكروبات لضمان استخدامها السليم وتقدير حدودها.

هناك آليتان مميزتان تميزان العديد من المواد الكيميائية غير المؤكسدة المطبقة على أنظمة التبريد للتحكم في الحشف الحيوي. في إحداها ، يتم منع الميكروبات أو قتلها نتيجة لتلف غشاء الخلية. في الحالة الأخرى ، ينتج الموت الميكروبي عن الأضرار التي لحقت بالآلة البيوكيميائية المرتبطة بإنتاج الطاقة أو استخدام الطاقة.

مركبات الأمونيوم الرباعية (quats) هي جزيئات كاتيونية نشطة السطح. إنها تدمر أغشية الخلايا من البكتيريا والفطريات والطحالب. ونتيجة لذلك ، فإن المركبات التي يتم منعها عادة من دخول الخلية قادرة على اختراق حاجز النفاذية هذا. على العكس من ذلك ، تتسرب العناصر الغذائية والمكونات الأساسية داخل الخلايا المركزة داخل الخلية. يتم إعاقة النمو وتموت الخلية. في التركيزات المنخفضة ، تكون quats ثابتة حيويًا لأن العديد من الكائنات الحية يمكن أن تعيش في حالة تالفة لبعض الوقت. ومع ذلك ، عند تركيزات متوسطة إلى عالية ، يمكن أن يتحكم quats في الكائنات الحية.

تتداخل العديد من مضادات الميكروبات مع استقلاب الطاقة. نظرًا لأن كل النشاط الميكروبي يعتمد في النهاية على النقل المنظم للطاقة ، يمكن توقع أن التداخل مع العديد من تفاعلات إنتاج الطاقة أو محاصرة الطاقة سيكون له عواقب وخيمة على الخلية. تشمل مضادات الميكروبات المعروفة بتثبيط استقلاب الطاقة ما يلي:

  • القصدير العضوي
  • مكرر (ثلاثي كلورو ميثيل) سلفون
  • ميثيلنيبيس (ثيوسيانات) (MBT)
  • بيتا برومو بيتا نيتروسترين (BNS)
  • أملاح دوديسيل جوانيدين
  • برومونيتروبانديول (BNPD)

كل هذه المركبات فعالة عند تطبيقها بتركيزات كافية. تحتوي أملاح Dodecylguanidine أيضًا على خصائص خافضة للتوتر السطحي ، والتي ربما تساهم في فعاليتها.

غالبًا ما تكون المواقع أو التفاعلات الدقيقة التي تتأثر بمثبطات التمثيل الغذائي غير معروفة ، على الرغم من أن التجارب المعملية قد توفر أدلة أو أدلة غير مباشرة لآليات محددة. يتسبب القصدير والمعادن الثقيلة الأخرى بتركيزات كافية في فقدان البروتينات لهياكلها ثلاثية الأبعاد المميزة اللازمة للوظيفة الطبيعية. يُعتقد أن بعض مضادات الميكروبات ، مثل methylenebis (thiocyanate) (MBT) ترتبط بشكل لا رجعة فيه بالجزيئات الحيوية ، مما يمنع الاختزال المتسلسل والأكسدة التي يجب أن تخضع لها هذه الجزيئات لكي تعمل.

يمكن إثبات أن البرومونيتروبانديول (BNPD) ، وهو عامل تحكم جديد في مياه التبريد ، يحفز تكوين روابط ثاني كبريتيد (R-S-S-R) بين مجموعات السلفهيدريل (R-SH). تحتوي البروتينات على sulfhydryls ، ولأن الإنزيمات هي بروتين إلى حد كبير ، فمن الممكن التكهن بأن تكوين روابط ثاني كبريتيد بين مجموعات SH المتجاورة قد يعيق نشاط الإنزيم. تحتوي العديد من الإنزيمات المختلفة على مجموعات السلفهيدريل ، لذلك قد يؤثر هذا المضاد للميكروبات على مجموعة واسعة من الأنشطة الميكروبية بالإضافة إلى توليد الطاقة.

لا يمكن تصنيف طريقة عمل أحد مضادات الأكسدة الشائعة على أنها مثبطات نشطة على السطح أو مثبطات أيضية. يبدو أن ثنائي برومونتريلوبروبيوناميد النشط (DBNPA) يتصرف إلى حد ما مثل مضادات الميكروبات المؤكسدة ، ويتفاعل بسرعة كبيرة مع الخلايا البكتيرية. أظهرت الدراسات التي أجريت على تفاعل DBNPA المسمى إشعاعيًا مع البكتيريا أن ملصق 14C لا يخترق الخلية أبدًا ، كما سيكون ضروريًا لكي تشارك في استقلاب الطاقة. بدلاً من ذلك ، فإنه يرتبط بقوة وبسرعة بجدران خلايا البكتيريا. ومع ذلك ، فقد أظهرت دراسات مماثلة مع [14 درجة مئوية] - بيتا برومو بيتا نيتروسترين (BNS) أن النيتروسترين يخترق الخلية البكتيرية ويتراكم داخل تركيزات أعلى بكثير من التركيز الخارجي. وبالتالي ، على الرغم من أن طريقة عمل DBNPA غير معروفة ، إلا أنها على الأرجح تختلف عن الآليات الأخرى المعروفة بمضادات الميكروبات غير المؤكسدة.

بعض مضادات الميكروبات المستخدمة في أنظمة التبريد عبارة عن مركبات تتحلل تلقائيًا في الماء ، وبالتالي تخفف من بعض المخاطر البيئية المحتملة. غالبًا ما يكون هذا الانهيار الكيميائي مصحوبًا بانخفاض في سمية المركب. يمكن إضافة المركب إلى نظام مياه التبريد ، وإنجاز مهمته المتمثلة في قتل الميكروبات في النظام ، ثم تحطيمه إلى مواد كيميائية أقل ضررًا. من بين مضادات الميكروبات التي لها هذه السمة هي BNS و MBT و DBNPA و BNPD.

إن ديناميكيات التجمعات الميكروبية في أنظمة مياه التبريد معقدة. في الحالات التي تهيمن فيها مجموعة أو نوع جرثومي واحد ، يمكن أن تحدث مشاكل القاذورات. في حالات أخرى ، يمكن أن يوجد مزيج متوازن من السكان بينما لا يوجد تلوث واضح. أحد التفسيرات لمثل هذه الملاحظات هو أنه عندما تتعايش المجموعات السكانية المتوازنة ، فإنها تتنافس مع بعضها البعض على العناصر الغذائية المتاحة وتتحكم في نمو بعضها البعض. عندما تنجح إحدى المجموعات في إزاحة المجموعات الأخرى بنجاح ، يمكن أن يستمر نموها دون منافسة.

بسبب هذه الاعتبارات ، تمت صياغة بعض مضادات الميكروبات المسجلة الملكية بحيث تحتوي على أكثر من مادة واحدة نشطة. يمكن أن يعوض المزج المناسب للعناصر النشطة عن القيود في نطاق القتل الذي يظهره واحد أو أكثر من العناصر النشطة. على سبيل المثال ، إذا كانت مضادات الميكروبات A فعالة للبكتيريا ولكنها فقيرة للفطريات ، فقد يتعين استخدام كميات كبيرة من A للسيطرة على المشاكل الفطرية المحتملة. ومع ذلك ، إذا كان مضاد الميكروبات B مناسبًا للبكتيريا وجيدًا للفطريات ، فإن مزيجًا من A و B سيوسع نطاق التحكم وبالتالي يكون مفضلًا على التركيزات العالية من A وحده.

مع عدم وجود زيادة في كمية مضادات الميكروبات المستخدمة ، يمكن أن تتجاوز قوة المزيج تلك المتوقعة من تأثير مضاف بسيط. يتم الحصول على هذا الأداء المعزز بشكل كبير أو التآزر من مجموعات معينة فقط من العناصر النشطة. يسمح التآزر بالتحكم الميكروبي بتركيزات أقل بكثير من A و B مما يمكن تحقيقه مع A أو B وحده. يمكن أن يؤدي استخدام المنتجات المكونة من خلطات نشطة تآزرية إلى تقليل تركيزات المعالجة في مياه التفريغ ، فضلاً عن توفير التكاليف.

يمكن أيضًا توسيع نطاق التحكم عن طريق التغذية المتسلسلة لمضادات الميكروبات إلى نظام: يمكن أن يكون للتغذية البديلة لعنصرين فاعلين نفس النتيجة مثل مزج العناصر النشطة للتغذية المتزامنة.

هناك اختلاف آخر يجب مراعاته وهو الانتشار المحتمل للميكروبات المقاومة في النظام. قد تنشأ الأشكال المقاومة تلقائيًا عن طريق طفرة داخل نظام التبريد ولكن من المرجح أن تنشأ خارج النظام. تعمل مضادات الميكروبات ببساطة على تقليل المنافسة من خلال الأشكال غير المقاومة وتسمح بالنمو غير الخاضع للرقابة للكائنات المقاومة التي تم إدخالها حديثًا. من المرجح أن يحدث هذا أثناء العلاج بمكون نشط واحد مضاد للميكروبات ، لأن احتمال مقاومة الميكروب لأكثر من عامل نشط يكون منخفضًا للغاية عندما تختلف العناصر النشطة. من المحتمل أن تكون مضادات الميكروبات المضافة بشكل متسلسل والمخلوطة بشكل تآزري فعالة بنفس القدر في القضاء على الميكروبات المقاومة لمضادات الميكروبات من نظام التبريد.

يساعد تطوير برنامج فعال لمضادات الميكروبات من خلال فهم طريقة عمل المنتجات ، والنظام المراد معالجته ، والآثار البيئية. تلعب كل هذه العوامل دورًا في اختيار برنامج تحكم ميكروبيولوجي فعال واقتصادي آمن على البيئة.


العد لوحة

عدد الصفائح القابلة للحياة ، أو ببساطة عدد الصفائح ، هو عدد الخلايا الحية أو القابلة للحياة. يعتمد على مبدأ أن الخلايا القابلة للحياة تتكاثر وتؤدي إلى ظهور مستعمرات مرئية عند الحضانة في ظل ظروف مناسبة للعينة. عادة ما يتم التعبير عن النتائج كوحدات تشكيل مستعمرة لكل مليلتر (CFU / مل) بدلاً من خلايا لكل مليلتر لأن أكثر من خلية قد تكون قد هبطت في نفس المكان لتؤدي إلى مستعمرة واحدة. علاوة على ذلك ، يصعب تفريق عينات البكتيريا التي تنمو في مجموعات أو سلاسل ، وقد تمثل مستعمرة واحدة عدة خلايا. توصف بعض الخلايا بأنها قابلة للحياة ولكنها غير قابلة للزراعة ولن تشكل مستعمرات على وسط صلب. لكل هذه الأسباب ، يعتبر عدد اللوحات القابلة للحياة تقديرًا منخفضًا للعدد الفعلي للخلايا الحية. لا تنتقص هذه القيود من فائدة الطريقة التي توفر تقديرات لأعداد البكتيريا الحية.

يعد علماء الأحياء المجهرية عادةً صفائح تحتوي على 30-300 مستعمرة. لا تعطي العينات التي تحتوي على عدد قليل جدًا من المستعمرات (& lt30) أرقامًا موثوقة إحصائيًا ، كما أن اللوحات المكتظة (& gt300 مستعمرة) تجعل من الصعب حساب عدد المستعمرات الفردية بدقة. كذلك ، فإن التهم في هذا النطاق يقلل من حدوث أكثر من خلية بكتيرية واحدة تشكل مستعمرة واحدة.وبالتالي ، فإن CFU المحسوبة أقرب إلى العدد الحقيقي للبكتيريا الحية في السكان.

هناك طريقتان شائعتان لتلقيح الألواح للتهم القابلة للتطبيق: طريقة لوحة الصب وطريقة لوحة الانتشار. على الرغم من اختلاف إجراء التلقيح النهائي بين هاتين الطريقتين ، إلا أن كلاهما يبدأ بالتخفيف المتسلسل للثقافة.

التخفيف المتسلسل

يعد التخفيف المتسلسل للثقافة خطوة أولى مهمة قبل الانتقال إلى طريقة لوحة الصب أو لوحة الانتشار. الهدف من عملية التخفيف التسلسلي هو الحصول على صفائح مع CFUs في نطاق 30-300 ، وعادة ما تتضمن العملية عدة تخفيفات بمضاعفات 10 لتبسيط الحساب. يتم اختيار عدد التخفيفات المتسلسلة وفقًا لتقدير أولي لكثافة الثقافة. يوضح الشكل 10 طريقة التخفيف التسلسلي.

الشكل 10. يتضمن التخفيف التسلسلي تمييع حجم ثابت من الخلايا الممزوجة بمحلول التخفيف باستخدام التخفيف السابق كلقاح. والنتيجة هي إضعاف الثقافة الأصلية بواسطة عامل متنامي باطراد. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة & # 8220Leberechtc & # 8221 / ويكيميديا ​​كومنز)

يضاف حجم ثابت من المستنبت الأصلي ، 1.0 مل ، ويخلط جيدًا مع محلول أنبوب التخفيف الأول ، والذي يحتوي على 9.0 مل من المرق المعقم. تمثل هذه الخطوة عامل تخفيف قدره 10 ، أو 1:10 ، مقارنة بالثقافة الأصلية. من هذا التخفيف الأول ، يتم سحب نفس الحجم ، 1.0 مل ، وخلطه بأنبوب جديد من 9.0 مل من محلول التخفيف. أصبح عامل التخفيف الآن 1: 100 مقارنة بالثقافة الأصلية. تستمر هذه العملية حتى يتم إنتاج سلسلة من التخفيفات التي ستحصر تركيز الخلية المطلوب من أجل العد الدقيق. من كل أنبوب ، يتم طلاء العينة على وسط صلب باستخدام طريقة لوحة الصب (الشكل 11) أو طريقة لوحة الانتشار (الشكل 12). يتم تحضين الأطباق حتى تظهر المستعمرات. عادة ما يتم تحضير لوحين إلى ثلاثة أطباق من كل تخفيف ويتم حساب متوسط ​​عدد المستعمرات المحسوبة على كل لوحة. في جميع الحالات ، يعتبر الخلط الشامل للعينات مع وسيط التخفيف (لضمان توزيع الخلية في الأنبوب عشوائيًا) أمرًا بالغ الأهمية للحصول على نتائج موثوقة.

الشكل 11. في طريقة لوحة الصب لعد الخلايا ، تُمزج العينة في أجار سائل دافئ (45-50 درجة مئوية) تُسكب في طبق بتري معقم وتُخلط مرة أخرى عن طريق الدوران. تتكرر هذه العملية لكل تخفيف متسلسل تم تحضيره. يتم حساب المستعمرات الناتجة وتقديم تقدير لعدد الخلايا في الحجم الأصلي المأخوذ من العينات.

الشكل 12. في طريقة لوحة الانتشار لعد الخلايا ، تُسكب العينة على أجار صلب ثم تنتشر باستخدام مفرشة معقمة. تتكرر هذه العملية لكل تخفيف متسلسل تم تحضيره. يتم حساب المستعمرات الناتجة وتقديم تقدير لعدد الخلايا في عينات الحجم الأصلي.

يتم استخدام عامل التخفيف لحساب عدد الخلايا في ثقافة الخلية الأصلية. في مثالنا ، تم حساب متوسط ​​50 مستعمرة على اللوحات التي تم الحصول عليها من التخفيف 1: 10000. نظرًا لأن 0.1 مل فقط من المعلق تم تجفيفه على اللوحة ، فإن المضاعف المطلوب لإعادة تكوين التركيز الأصلي هو 10 × 10000. عدد CFU لكل مل يساوي 50 × 100 × 10000 = 5،000،000. يقدر عدد البكتيريا في المستنبت بـ 5 ملايين خلية / مل. كان عدد المستعمرات التي تم الحصول عليها من التخفيف 1: 1000 هو 389 ، أقل بكثير من المتوقع 500 لفرق 10 أضعاف في التخفيفات. يسلط هذا الضوء على مشكلة عدم الدقة عندما يكون تعداد المستعمرات أكبر من 300 وتنمو أكثر من خلية بكتيرية في مستعمرة واحدة.

العينة المخففة للغاية - مياه الشرب ، على سبيل المثال - قد لا تحتوي على كائنات حية كافية لاستخدام أي من طرق عد الألواح الموصوفة. في مثل هذه الحالات ، يجب تركيز العينة الأصلية بدلاً من تخفيفها قبل الطلاء. يمكن تحقيق ذلك باستخدام تعديل لتقنية تعداد الصفائح تسمى تقنية الترشيح الغشائي. الأحجام المعروفة يتم ترشيحها بالتفريغ جو معقم و مطهر من خلال غشاء ذو ​​حجم مسام صغير بما يكفي لاصطياد الكائنات الحية الدقيقة. يتم نقل الغشاء إلى صفيحة بتري تحتوي على وسط نمو مناسب. تحسب المستعمرات بعد الحضانة. يتم حساب كثافة الخلية بقسمة عدد الخلايا على حجم السائل المصفى.

شاهد هذا الفيديو للتعرف على عمليات التخفيف المتسلسلة وتقنيات ألواح الانتشار.

الرقم الأكثر احتمالا

عادة ما يكون عدد الكائنات الحية الدقيقة في العينات المخففة منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه بواسطة طرق عدد الألواح الموصوفة حتى الآن. بالنسبة لهذه العينات ، يستخدم علماء الأحياء الدقيقة بشكل روتيني طريقة الرقم الأكثر احتمالًا (MPN) ، وهو إجراء إحصائي لتقدير عدد الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة في العينة. غالبًا ما تُستخدم طريقة MPN في عينات الماء والغذاء ، وتقوم بتقييم النمو القابل للاكتشاف من خلال ملاحظة التغيرات في التعكر أو اللون بسبب النشاط الأيضي.

التطبيق النموذجي لطريقة MPN هو تقدير عدد القولونيات في عينة من ماء البركة. القولونيات هي بكتيريا قضيب سالبة الجرام تخمر اللاكتوز. يعتبر وجود القولونيات في الماء علامة على التلوث بالبراز. بالنسبة للطريقة الموضحة في الشكل 13 ، يتم اختبار سلسلة من ثلاث تخفيفات لعينة الماء عن طريق تلقيح خمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 10 مل من العينة ، وخمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 1 مل من العينة ، وخمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 0.1 مل من عينة. تحتوي أنابيب مرق اللاكتوز على مؤشر الأس الهيدروجيني الذي يتغير من اللون الأحمر إلى الأصفر عند تخمير اللاكتوز. بعد التلقيح والحضانة ، يتم فحص الأنابيب بحثًا عن إشارة إلى نمو القولونيات عن طريق تغيير اللون في الوسائط من الأحمر إلى الأصفر. أظهرت المجموعة الأولى من الأنابيب (عينة 10 مل) نموًا في جميع الأنابيب ، وأظهرت المجموعة الثانية من الأنابيب (1 مل) نموًا في أنبوبين من أصل خمسة في المجموعة الثالثة من الأنابيب ، ولم يلاحظ أي نمو في أي من الأنابيب (0.1 مل تخفيف). تتم مقارنة الأرقام 5 و 2 و 0 بالشكل 1 في أساسيات الرياضيات ، والتي تم إنشاؤها باستخدام نموذج احتمالي لإجراء أخذ العينات. من قراءتنا للجدول ، نستنتج أن 49 هو العدد الأكثر احتمالًا للبكتيريا لكل 100 مل من ماء البركة.

الشكل 13. في طريقة العدد الأكثر احتمالاً ، يتم تلقيح مجموعات من خمسة أنابيب مرق اللاكتوز بثلاثة أحجام مختلفة من ماء البركة: 10 مل ، 1 مل ، و 0.1 مل. يتم تقييم النمو البكتيري من خلال تغيير لون المرق من الأحمر إلى الأصفر حيث يتم تخمير اللاكتوز.

فكر في الأمر

  • ما هي وحدة تشكيل المستعمرة؟
  • ما الطريقتان اللتان تستخدمان كثيرًا لتقدير أعداد البكتيريا في عينات المياه؟

لوحة خط

يعتمد فصل الثقافة المختلطة إلى مستعمرات فردية يمكن زراعتها بشكل فرعي لصنع ثقافات نقية على مدى جودة إعداد لوحة الخط. الهدف من طريقة لوحة الخط هو تخفيف الخلايا عن طريق نشرها على سطح الأجار. يتم تحقيق ذلك على مراحل ، كما سيتم توضيحه في المختبر قبل أن تجربه بنفسك.

استخدم سطح أجار المحاكي أدناه لممارسة نمط الخط باستخدام قلم أو قلم رصاص.

احصل على لوحتين من TSA ، واكتب اسمك في النصف السفلي (النصف الذي يحتوي على الوسائط) حول الحافة واتبع المنحنى (حتى لا تخفي الكتابة وجهة نظرك للمستعمرات البكتيرية بمجرد نموها). اكتب أيضا م. لوتس على صفيحة واحدة (اسم البكتيريا التي ستزرعها في هذه اللوحة). من ناحية أخرى ، اكتب "مختلط" للإشارة إلى أنك تقوم بالثقافة الفرعية من مرق الثقافة المختلطة إلى هذا الطبق.

كما هو موضح ، استخدم حلقة التلقيح المعقمة لالتقاط واحدة م. لوتس مستعمرة (أو قطعة مستعمرة) ونقلها إلى سطح لوحة أجار. انشر البكتيريا على ربع اللوحة تقريبًا ، من الحافة إلى الحافة. ضع في اعتبارك هذه الخطوة 1.

أشعل الحلقة وقم بتبريدها في أجار. قم بتداخل خط الخطوة 1 3-4 مرات لسحب عدد أقل من البكتيريا ، ونشرها على جانب اللوحة. ضع في اعتبارك هذه الخطوة 2.

أشعل الحلقة وقم بتبريدها في أجار. تداخل الخطوة 2 3-4 مرات وتنتشر على السطح. استمر في هذه العملية ، واشعل الحلقة بين كل خطوة ، حتى يتم تغطية سطح لوحة أجار بالكامل.

بعد أداء هذا مع م. لوتس الثقافة من أجل الممارسة ، كرر العملية بقطرة من مرق الثقافة المختلطة التي تنقلها إلى الطبق بحلقة تلقيح معقمة.

ضع ثقافات لوحة الخطوط الفرعية في حاضنة في درجة الحرارة والوقت المحددين من قبل معلمك.


تقنية لوحة الانتشار: المبدأ ، الإجراء ، النتائج

تقنية لوحة الانتشار هي طريقة عد قابلة للتطبيق تستخدم لتلوين عينة سائلة لغرض عزل أو عد البكتيريا الموجودة في تلك العينة. ستؤدي تقنية لوحة الانتشار المثالية إلى مستعمرات مرئية ومعزولة من البكتيريا التي يتم توزيعها بالتساوي في اللوحة ويمكن عدها. يتم تطبيق هذه التقنية بشكل شائع للاختبار الميكروبي للأطعمة أو أي عينات أخرى أو لعزل وتحديد مجموعة متنوعة من النباتات الميكروبية الموجودة في العينات البيئية على سبيل المثال تربة.

  • لعمل تخفيف دقيق باستخدام الماصات (إتقان تقنية التخفيف التسلسلي).
  • لتطبيق تقنية انتشار متوازن باستخدام رشاش زجاجي لنشر اللقاح بالتساوي على سطح أجار.
  • احترام الفاصل الزمني "القصير" الضروري بين تلقيح الأجار وانتشاره.

في هذه الطريقة ، يتم طحن المادة المراد اختبارها إذا لم تكن في صورة سائلة ثم تذويبها في وسط سائل مناسب. ثم يتم تخفيف العينة في 10 أضعاف التخفيفات المتسلسلة وتطلي في وسط مناسب.

بعد الحضانة ، يتم حساب عدد المستعمرات الموجودة في اللوحة. بافتراض أن كل كائن حي ينمو وينقسم لإنتاج مستعمرة واحدة ، يتم حساب العدد الإجمالي للبكتيريا الموجودة في العينة.

متطلبات

  1. الأواني الزجاجية: أنابيب اختبار مغطاة ببراغي ، أو ماصات معقمة ، أو مفرشة قضيب زجاجي (مثنية على شكل عصا هوكي) ، أو أدوات نثر معقمة متوفرة تجارياً
  2. متوسط: لوحة العد أجار أو الآجار المغذي. يجب ألا يكون سطح اللوحة رطبًا جدًا لأن السائل المضاف يجب أن يتشرب حتى تظل الخلايا ثابتة.

الإجراء الخاص بتقنية لوحة الانتشار

  1. قم بإعداد سلسلة من 6 أنابيب اختبار على الأقل تحتوي على 9 مل من الماء المقطر المعقم.
  2. باستخدام ماصة معقمة ، أضف 1 مل من العينة في الأنبوب الأول للمجموعة. قم بتسمية 10-1
  3. امزج المحتويات جيدًا عن طريق تحريك الأنبوب رأسًا على عقب عدة مرات.
  4. من الأنبوب الأول ، خذ 1 مل من العينة وانقلها إلى الأنبوب الثاني. قم بتسمية 10 -2.
  5. كرر الإجراء مع وضع العلامات على جميع الأنابيب المتبقية حتى 10 -6.
  1. ماصة 0.1 مل * من سلسلة التخفيف المرغوبة المناسبة على وسط سطح لوحة أجار.
  2. اغمس الموزعة الزجاجية على شكل حرف L. (عصا الهوكي) في الكحول.
  3. اشعل الموزعة الزجاجية على موقد بنسن.
  4. انشر العينة بالتساوي على سطح الأجار باستخدام مفرشة قضيب زجاجي بارد ملتهب بالكحول ، وقم بتدوير طبق بتري بعناية بزاوية 45 درجة في نفس الوقت.
  5. احتضان اللوحة عند 37 درجة مئوية لمدة 24-48 ساعة.

* ملحوظة: حجم السائل يجب أن يكون 0.1 مل أو أقل. يتم تجنب الأحجام التي تزيد عن 0.1 مل لأن السائل الزائد لا يمتص وقد يتسبب في اندماج المستعمرات عند تشكلها ، مما يجعل عدها صعبًا.

حساب النتيجة:

إذا نجحت لوحة الانتشار الخاصة بك ، فستحصل بعد الحضانة على مستعمرات معزولة معدودة منتشرة بالتساوي عبر سطح الأجار. احسب عدد المستعمرات باستخدام جهاز تكبير. بمجرد عد المستعمرات ، اضرب في عامل التخفيف المناسب لتحديد وحدات تكوين المستعمرات (CFU) الموجودة لكل مل في العينة الأصلية.

CFU / ml = (عدد المستعمرات × عامل التخفيف) / حجم لوحة الاستنبات

على سبيل المثال ، افترض أن لوحة التخفيف 10 ^ 6 أسفرت عن 130 مستعمرة. بعد ذلك ، يمكن حساب عدد البكتيريا في 1 مل من العينة الأصلية على النحو التالي:

البكتيريا / مل = (130) × (10 ^ 6) × 10 = 1.3 × 10 ^ 9.
(لقد قمنا بضرب 10 ، لأننا استخدمنا 0.1 مل أثناء طلاء صفيحة الأجار)

الاستخدامات

لوحة الصب هي واحدة من المقايسات الموصى بها (البعض الآخر هو الترشيح الغشائي وصفيحة الانتشار) لعدد الصفائح غير المتجانسة. ينتج نتيجة قابلة للقياس الكمي لوحدة تشكيل مستعمرة لكل حجم تم اختباره.


اختبار تأكيدي

تنتج بعض الكائنات الحية الدقيقة بخلاف القولونيات أيضًا حامضًا وغازًا من تخمر اللاكتوز. من أجل تأكيد وجود القولونيات ، يتم إجراء اختبار تأكيدي.

  1. 3 مل مرق اللاكتوز أو أنبوب تخمير اللاكتوز الأخضر اللامع ،
  2. إلى منحدر أجار و
  3. 3 مل ماء التربتون.

احتضان أنابيب تخمير مرق اللاكتوز الملقح عند 37 درجة مئوية وفحص تكوين الغاز بعد 24 ± 2 ساعة. إذا لم يتم رؤية أي إنتاج للغاز ، فاحضن لمدة أقصاها 48 ± 3 ساعات للتحقق من إنتاج الغاز.

يجب تحضين شقوق أجار عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ± 2 ساعة و مستحضرات ملطخة بالجرام مصنوعة من المنحدرات يجب فحصها مجهريا.

يشير تكوين الغاز في مرق اللاكتوز وظهور عصيات سالبة الجرام وغير بوغية في الأجار المقابل إلى وجود عضو في مجموعة القولونيات في العينة التي تم فحصها.

يشكل عدم وجود تكوين غاز في مرق اللاكتوز أو الفشل في إظهار عصيات سالبة الجرام وغير بوغية في ميل أجار المقابل اختبارًا سلبيًا (عدم وجود القولونيات في العينة المختبرة).

  1. احتضان الماء التربتون عند (44.5 ± 0.2 درجة مئوية) لمدة 18-24 ساعة
  2. بعد الحضانة ، أضف حوالي 0.1 مل من كاشف Kovacs واخلطه برفق.
  3. ال وجود الإندوليشار إليها باللون الأحمر في كاشف Kovacs ، وتشكيل فيلم فوق المرحلة المائية للوسط.

أ. تظهر الاختبارات التأكيدية الإيجابية للإندول والنمو وإنتاج الغاز وجود مادة مقاومة للحرارة بكتريا قولونية.
ب. النمو وإنتاج الغاز في غياب الإندول يؤكدان القولونيات المقاومة للحرارة.


تأثير طرق شراء الفيبرين الغني بالصفائح الدموية (PRF) على عدد الصفائح الدموية ، وفعالية مضادات الميكروبات ، ونمط شبكة الفيبرين في مختلف الفئات العمرية: دراسة في المختبر

تم اقتراح بروتوكولات شراء الفيبرين الغني بالصفائح الدموية (PRF) ، والتي تختلف في السرعة والمدة الزمنية. نظرًا لأن بروتوكولات الاشتقاق المختلفة قد تغير خصائص PRF ، فقد أجريت الدراسة الحالية لتقييم الاختلافات في نمط شبكة الفيبرين ، وعدد الصفائح الدموية ، وفعالية مضادات الميكروبات لـ PRF المشتراة باستخدام سرعات طرد مركزي متغيرة وفترات زمنية في مختلف الفئات العمرية.

المواد والأساليب

شارك ستون من الأشخاص الأصحاء في الدراسة وتم تقسيمهم بالتساوي إلى ثلاث فئات عمرية (20-34 سنة ، 35-49 سنة ، 50-65 سنة). من كل فئة عمرية ، تم تصنيع 6 أغشية PRF من أنابيب 10 مل. تم الحصول على ثلاثة أغشية PRF عند 1400 و 2800 و 3500 دورة في الدقيقة لمدة 8 دقائق بينما تم الحصول على 3 أغشية أخرى بعد 15 دقيقة من الطرد المركزي على التوالي. كانت قيم قوة الطرد المركزي النسبية في نطاق 228-1425 جم. ثم تعرضت أغشية PRF لتقدير عدد الصفائح الدموية ، والنشاط المضاد للميكروبات ضد البكتيريا الفموية ، والتغيرات في نمط شبكة الفيبرين فيما يتعلق بالفئات العمرية المختلفة وبروتوكولات الطرد المركزي المختلفة.

نتائج

تم الحصول على أعلى تركيز للصفائح الدموية ونشاط مضاد للميكروبات وشبكة فبرين كثيفة في الفئة العمرية 20-34 سنة. أظهر التحليل داخل المجموعة داخل كل مجموعة أعلى عدد للصفائح الدموية ونشاط مضاد للميكروبات في أغشية PRF ، تم الحصول عليها عند 1400 دورة في الدقيقة لمدة 8 دقائق. تم توضيح نمط شبكة الفيبرين الأكثر كثافة بواسطة أغشية PRF التي تم شراؤها عند 3500 دورة في الدقيقة لمدة 15 دقيقة.

الاستنتاجات

تتأثر خصائص PRF ، أي عدد الصفائح الدموية ، وفعالية مضادات الميكروبات ، وشبكة الفيبرين ، بالجوانب التقنية لإعداد PRF (قيمة RCF ، وسرعة الطرد المركزي ، والوقت) وعمر المريض.

أهمية سريرية

بناءً على النتائج التي توصلت إليها الدراسة الحالية ، يمكن الإشارة إلى أن انخفاض سرعة الطرد المركزي والوقت يمكن أن يزيد من تركيز الصفائح الدموية والنشاط المضاد للميكروبات لغشاء PRF. على العكس من ذلك ، يؤدي خفض السرعة والوقت إلى نمط شبكة فبرين أقل كثافة. وبالتالي ، فإن بروتوكولات الطرد المركزي تحتاج إلى تكييفها وفقًا لذلك.


شاهد الفيديو: 4 # bacterial shapes and arrangements part 1 اشكال البكتريا الجزيء الأول (قد 2022).


تعليقات:

  1. Shakakree

    أفترض أن يتم توجيهه عند اختيار ذوقك فقط. لن تكون هناك معايير أخرى للموسيقى المنشورة على المدونة. شيء ما في رأيي أكثر ملاءمة للاستماع الصباحي. Chot شيء - للمساء.

  2. Fejas

    ليس من المؤسف طباعة مثل هذا المنشور ، نادرًا ما تجد مثل هذا المنشور ، شكرًا!

  3. Ardley

    أوافق ، هذا الرأي المضحك

  4. Gardner

    قرأت على الموقع (مشاكل الكمبيوتر) مراجعات إيجابية حول موردك. لم أصدق ذلك ، لكنني الآن مقتنع شخصيًا. اتضح أنني لم أخدع.

  5. Maular

    أعتذر ، لكن في رأيي ، أنت لست على حق. دعنا نناقش.



اكتب رسالة