DE1965601B2

DE1965601B2 - Vorrichtung zur Messung kreisförmiger optisch unterscheidbarer Flächen in Bakterienkulturen

Info

Publication number: DE1965601B2
Application number: DE1965601A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Osaka Nagamatsu (Japan)
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE1965601A1; US3617758A; FR2027365A1; NL6919474A; GB1299729A; DE1965601C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung kreisförmiger, optisch unterscheidbarcr Flächen in Bakterienkulturen durch Bestimmung deren Durchmesser, indem die Kreisbegrenzungen optisch erfaßt werden.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bereits bekannt. Die in einer Petrischale befindlichen Bakterienkulturen mit den kreisförmigen optischen unterscheidbaren Flächen, auf Grund der wachstumshemmenden Impfstellen, werden von einem Lichtbündel durchleuchtet, welches von einer Lampe kommend über Umlenkspiegel einem Betrachterprisma zugeführt wird. Im Bereich des Prismas sind Markierungen angeordnet, die bei kontrollierter Verschiebung der Petrischale auf einem Förderband, mittels einer Vorschubeinrichtung mit Teilstrichen, einen Aufschluß über die Abmessungen der einzelnen Flächen innerhalb der Bakterienkulturen zulassen. Diese Messungen sind jedoch nur manuell durchzuführen und erfordern einen großen Zeitaufwand. Weiterhin sind keine kontinuierlichen Messungen von z. B. mehreren Flächen in Bakterienkulturen in verschiedenen Petrischalcn möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaden, die mit ausreichender Genauigkeit automatisch kontinuierliche Messungen durchführen kann, ohne daß Dunkelstellen in den kreisförmigen Flächen der Baktcrienkulturen die Messungen beeinflussen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die in einer Reihe hintereinander aneeordneten, optisch unterscheidbaren Flachen m den Bakterienkukuren durch mehrere nebeneinander ananeUdnete Lichtschranken kontinuierlich nmdurch- «eführt werden und daß der Abstand der L.cht-Sanken voneinander der Meßgenau.gke.tsanforderune und die Länge der Lichtschrankenanordnung der möglichen seitlichen Schwankung der einzelnen optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen angepaßt ist. .

Wenn ζ B auf einem bereits mit Bakterien geimpficn Agar' ein Antibiotikum aufgetragen wird, breite sich die Wirkung des Antibiotikums von der Sragsstelle aus, unterdrückt das Wachstum der Bakterien und bildet eine durchsichtige kreisförmige Zone während der andere Teil infolge des Wachsfums'der Mikroorganismen lichtundurchlass.g bleibt. Durch Messung der Größe der durchsichtigen Zone der Wachstumsunterdrückung kann die Starke des Antibiotikums, das Wachstum des Mikroorganismus -u unterdrücken, gemessen werden. Bisher ist die Größe der Zone der Wachstumsunterdruckung durch Abschätzen der Zone mit unbewaffnetem Auge oder'durch Vergrößern der Zone durch einen Vergrößerungsprojektor und Messen des Durchmessers der Zone besummt worden. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die optisch verschwommene Grenze der Zone der Wachstumsunterdruckung unvermeidliche Differenzen in den Ablesungen zwischen einzelnen Betrachtern erzeugt, nut dem Ergebms, daß es unmöglich ist, objektive, genaue Daten zu erhalten Darüber hinaus erfordert die Messung nicht nur größere Anstrengungen, sondern ist auch unbrauch^baVersuche zum automatischen Messen der Größe der Zone der Wachstumsverhinderung durch Verwendung von photoleitenden Detektoren haben erpeben daß die Verwendung einer einzigen Lichtschranke wegen der Anwesenheit optischer Flecken in unregelmäßigen Intervallen es unmöglich macht, eine genaue Größenme.sung aer Zone zu bew.rken. Das heißt, die Zone der Wachstumsverhinderung enthä't winzig kleine lichtundurchlässige Stellen, die durch örtliches Wachstum des Mikroorganismus gebildet sind, und das Auftragen von Antibiotikum in bekannter Weise durch Zylinder erzeugt Druckstellen in dem geimpften Agar, welche einen niedrigeren I icht-Durchlaßgrad aufweisen als deren Umgebung, wohingegen, wenn das Antibiotikum unter Verwendung von Filterpapier auf das Agar aufgetragen wird, das Filterpapier das Durchlassen von Licht verhindert Auf diese Unregelmäßigkeiten im Meßobjekt spricht die Lichtschranke an, wodurch Fehlmessungen entstehen.

Zusätzlich zu den Problemen der optischen Flecken innerhalb der zu messenden Flächen treten die folgenden Schwierigkeiten beim Messen des Durchmessers der kreisförmigen Zone der Wachstumshemmung von Mikroorganismen auf. Im üblichen Betrieb werden die Durchmesser einer Anzahl kreisförmiger Wachstumshemmungszonen nacheinander gemessen die länes einer Linie angeordnet sind; jedoch sind die kreisförmigen Zonen nicht immer genau ausgerichtet •ind die genaue Messung des Durchmessers mit einer einzigen Lichtschranke ist nicht zu erreichen. Selbst wenn ζ B. der photoleitende Detektor genau mit der Mittellinie der ersten Zone der Wachstumshemmung für die Messung des Durchmessers ausgerichtet ist, ist möglicherweise der Detektor mit der Mittellinie

A r zweiten Wachstumsheminungszone nicht ausgerichtet und eine genaue Messung des Durchmessers rd nicht ausgeführt, wenn die zweite Wachstumshemmungszone über den Toleranzbereich hinaus ab-

^WCDisse Schwierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden, in dem mehrere übereinander angeordnete Lichtschranken verwendet werden, deren Abstand voneinander der geforderten Meßgenauigkeit _eDEi(t wird und in bekannter Weise berechnet werden kann (Hütte I, 28. Auflage, S. 47 rnd 48) und deren Anzahl von der größten Abweichung der zu messenden Flächen von einer auf der idealen Mittellinie gedachten Bezugsfläche abhängig ist.

In der Praxis hat sich eine Dimensionierung als zweckmäßig erwie^n, die den folgenden Formeln I und H genügt:

\Ad^L>2v (1)

s<2e (H)

worin L die Länge der Reihe der aus photoleitenden Detektoren bestehenden Lichtschranken, 5 der Raum zwischen den jeweiligen phoioleitcnden Detektoren. d der geschätzte Durchmesser der Bezugsfläche. ν die erößte Abweichung zwischen der Mittellinie der Bezuesfläche und der Mittellinie der zu messenden Zonen ist, wobei die Mittellinie der zu messenden Zone mit einem Detektor zusammentrifft. Die Mittellinien stehen jeweils senkrecht zur Reihe der Detektoren und die Abweichungen verlaufen in Richtung der Längsreihe der Detektoren; e ist die größte Abweichung zwischen der Mittellinie der zu messenden Zone und der Linie, die mit einem Detektor zusammentriftt. Dabei stehen die Mittellinien ebenfalls senkrecht zur Reihe der Detektoren; e soll weiterhin der Ungleichung d/. >e> dl_m genügen.

Wie aus der Formel (I) hervorgeht, ist die Länge der Reihe der Anzahl photoleitender Detektoren größer als das doppelte der größten Ablenkung ν von der Bezugsfläche und die photoleitenden Detektoren sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der nicht größer ist als das doppelte der erlaubbaren Abweichung e. Selbst in dem Fall, wo die Abweichung der Wachstumsverhinderungs-Zone den gewährbaren Bereich e übersteigt, tastet demgemäß wenigstens einer der photoleitenden Detektoren immer längs der Linie ab, welche innerhalb des Bereiches der erlaubbaren Abweichung von der Mittellinie der Wachstumsverhinderungs-Zone liegt, mit dem Ergebnis, daß die Durchmesser einer Anzahl von kreisförmigen Wachstumsverhinderungs-Zonen immer mit ausreichender Genauigkeit und aufeinanderfolgend gemessen werden können. Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft in einem Fall, wo die größte Abweichung ν der Zone nicht größer als 0,4 d ist, vorzugsweise 0,2 -d nicht übersteigt. Die Anzahl der photoleitenden Detektoren in einer Reihe, welche eine ganze Zahl nicht größer als ■* + 1 ist, ist nicht kleiner als 2, vorzugsweise ,Mcht kleiner als 4. Die Anzahl der Reihen der photolcitcndcn Detektoren ist nicht auf 1 begrenzt. lis können mehrere Anordnungen nebeneinander betrieben werden. Zum Beispiel macht es die Anbringung von 20 Reihen der Detektoren möglich, die Durchmesser von kreisförmigen Zonen zu messen, die in 20 Reihen angeordnet sind, von welchen jede mehrere Zonen enthält.

Die Durchlaufzeit für die Zcne durch den Meßabschnitt wird durch ein geeignetes Verfahren gemessen. Beispielsweise durch ein Verfahren, in welchem Zeitimpulse während dieser Zeit abgegeben und er-S haltene Impulse mittels eines Zählers gezählt werden. Eine Torschaltung bewirkt, daß Zeitimpulse den Zähler erreichen, wenn wenigstens einer der photoleitenden Detektoren beleuchtet ist.

Die Meßwerte können in einer elektronischen Speicheranordnung gespeichert und im Bedarfsfall ausgedruckt oder in Lochstreifen oder -karte gestanzt werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

l· i g. i eine Draufsicht, die die Anordnung \on Phototransistoren und ein Beispiel einer Petrischale mit zum rechten Winkel zu der Richtung der Reihe messenden kreisförmigen Zonen darstellt, in welchen das Wachstum von Organismen gehemmt ist, F i g. 2 eine Schnittansicht, die die Hemmzonen auf der Schale längs der Linie H-II in Fig. 1 darstellt, und

F i g. 3 ein Schaltbild, das eine bevorzugte Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Meßgerätes daistellt.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist eine Petrischale A mit vier Hemmzonen b des Wachstums von Organismen versehen, von welchen jede eine Vertiefung c· aufweist, gebildet durch die beim Auftragen eines Antibiotikums verwendeten Zylinder. Der Bereich d, wo das Wachstum der Organismen stattgefunden hat, ist lichtundurchlässig, während die kreisförmigen Hemmzonen b durchsichtig sind, wobei die Vertiefungen c eine niedrigere Durchsichtigkeit aufweisen. Obwohl in der Zeichnung nicht veranschaulicht, weist die Hemmzone b lichtundurchlässige Flecken von organischem Wachstum auf.

Ein Meßglied enthält zwei Reihen (d. h. Gruppe 1 und Gruppell) von Phototransistoren 1, wobei jede Reihe aus vier Phototransistoren 1 besteht. Die Phototransistoren 1 in jeder Reihe sind jeweils mit einer Lampe 2 versehen. Mit Hilfe von variablen Widerständen 3 sind die Phototransistoren 1 mit Oder-Schaltungen 4-1 und 4-11 verbunden, die für die jeweilige Gruppe vorgesehen sind. Die Oder-Schaltung 4-1 ist über eine Nein-Schaltung 5-1 mit zwei Oder-Schaltungen 6-1« und 6-1 b und mit einer Stellungs-Auffindcsehaltung 7-1 verbunden. In gleicher Weise ist die andere Oder-Schaltung 4-11 über eine Nein-Schaltung 5-11 mit zwei Oder-Schaltungen 6-11 α und 6-11Λ und mit einer Stellungs-Auffindeschaltung7-ll verbunden. Jede der Oder-Schaltungen 6-1 o. und 6-1 ft erhält ein Signal von der Stellungs-Aufündcschaltung 7-1 und ein Signal von einer Zeitimpulsschaltung 8. während die Oder-Schaltungen 6-11 α und 6-11 b ein Signal von der Stellungs-Auffindcschaltung7-ll und ein Signal von der Zeitimpulssehaltung 8 erhalten. Jede der Oder-Schaltungen 6-1«, 6-Ii), 6-11 α und 6-11 b ist mit Zählern 9-1 σ, 9-i/j, 9-11 (j bzw. 9-11/) verbunden. Jeder dieser Zähler ist mit einer selektiven Ableseschaltung 10 verbunden, welche ferner mit einem Stanzglied 11 verbunden ist.

Die Petrischale α ist an eine durchsichtige Unterlage (nicht dargestellt) befestigt, welche durch einen Motor (nicht dargestellt) mit konstanter Geschwindigkeit im rechtem Winkel zu der Richtung der Reihe der Phototransistoren 1, nämlich in der mit einem

Pfeil in Fig. 1 bezeichneten Richtung bewegt werden kann. Somit werden die zwei Hemmzonen in der oberen Reihe in F i g. 1 durch die Phototransistoren in der Gruppe 1 gemessen und die zwei Hemmzonen in der unteren Reihe durch jene in der Gruppe II. Da das Messen der Hemmzone durch die Phototransistoren 1 in Gruppe 1 und durch jene in Gruppe II auf genaue dieselbe Weise ausgeführt ist, wird die folgende Beschreibung der Einfachheit halber nur bezüglich der Gruppe I ausgeführt.

Wenn die Petrischale ο vorwärtsbewegt wird und die durchsichtige Hemmzone den Meßabschnitt der Phototransistoren 1 erreicht. trilTt Licht von den Lampen 2 auf die Phototransistoren 1. worauf Strom durch die Pho'rtransistoren 1 fließt. Die Empfindlichkeit der vier Phototransistor! kann durch die variablen Widerstände 3 eingestellt werden, und das Gerät dieser Ausführungsform ist so ausgelegt, daß wenn Strom durch wenigstens einen der vier Phototransistoren 1 fließt, fällt am Widerstand 3 eine Spannung von - 4 bis (S Volt an und verursacht, daß die Oder-Schaltung 4-1 an ihrem Ausgang 24VoIt aufweist. Selbst wenn einer der vier Phototransistoren bei der Messung eines lichtundurchlässigen organischen Fleckes oder der Vertiefung c von niedrigerer Durchsichtigkeit ausfallen sollte, gibt die Oder-Schaltung 4-1 während der garzen Zeil am Ausgang --24 Volt ab. sofern wenigstens einer der anderen drei Phototransistoren eine durchsichtige Zone mißt. Der Ausgang ( 24 Volt) der Oder-Schaltung 4-1 ist durch die Nein-Schaltung 5-1 auf 0 Volt umgewandelt und der Ausgang der Nein-Schaltung ist dann an die zwei Oder-Schaltungen 6-1 α und 6-1 b und die Stellungs-Auffindeschallung 7-1 angelegt, welche in der vorliegenden Ausführungsform aus einem binaren Zähler mit einer Flip-Flop-Schaltung besteht. Die Oder-Schaltungen 6-1 α und 6-1 b erhalten ferner das Signal von der Stellungs-Auffmdcschaltung 7-1 und das Signal von der Zeitimpulsschaltung 8. Die Zeitimpulsschaltung 8 ist ausgelegt, um Impulse von 240 Hz und 24 Volt zu erzeugen, welche mit der Stromquelle des Motors zum Bewegen der Schale a mit konstanter Geschwindigkeit in Phase sind.

Wenn ein Signal (0 Volt) von der Nein-Schaltung 5-1 der Stellungs-Auffindeschaltung 7-1 zugeführt wird, zählt der Zähler einen Impuls, um bei AY₁ ein Signal von - 24 Volt abzugeben. Folglich ist der Ausgang der mit M₁ verbundenen Oder-Schaltung 6-1 α auf dem konstanten Niveau von - 24 Volt gehalten, ohne Zeitimpulse an den Zähler 91a abzugeben. Andererseits ist ansprechend auf die Einschaltungen und Abschaltungen zwischen -24 und 0 Volt der Zeitimpulse der Ausgang der mit M₂ verbundenen und mit einem Signal von 0 Volt versorgten Oder-Schaltung 6-1 b an- und abgeschaltet, um dem Zähler 9-1 b Impulse zuzuführen. Während Strom durch den Phototransistor I fließt, nämlich während der Phototransistor 1 die zu messende Zone abtastet, erhält die Oder-Schaltung 6-1 b ein Signal von 0 Volt von der Stelle M., und gibt Impulse an den Zähler 9-1 /> ab, welcher deshalb die Impulse während dieses Zeitraumes zählt. Somit wird die Durchlaufzcit für die Zone durch den Mcßabschnilt gemessen. Wenn sich eine zu messende Zone vollständig an den Phototransistoren 1 in der Gruppe 1 vorbeibewegt, fließ! kein Strom mehr durch die Transistoren 1. Wenn anschließend die Phototransistcrcn 1 die nächste Zone messen und erneut Strom durch die Phototransistoren 1 fließt, wird dem Zähler in der Stellungs-Auffindungsschallung?-! ein Signal zugeführt, wobei sich bei M₁ ein Ausgang von 0 Volt und bei M₂ ein Ausgang von - 24 Volt ergibt, um die Zufuhr von Impulsen an den Zähler 9-1 b 7m unterbrechen und dem Zähler 9-1 ο Impulse zuzuführen. Somit ist die Zeit für den Durchlauf der Zone .lurch den Meßabschnitt auf dieselbe Weise wie oben gemessen. Ir. dieser Art dienen die Oder-Schaltungen 6-1«. 6-1/', 6-11 α und 6-11 b als Torschaltungen, um dem Zähler nur während des Messens der Zone Impulse zuzuführen.

Der Betrieb der Photolransistorcn 1 in der Gruppe II ist wie bei den oben beschriebenen Phototransistoren 1 in Gruppe 1 ausgeführt, und die Durchlauf/eiten der zwei Zonen in der unteren Reihe in Fig. 1 sind jeweils durch die Zähler 9-11 a und 9-11 b gemessen.

Die durch die Zähler gezählte und gespeicherte Durchgangszeit wird durch die selektive Ablcseschaltung 10 abgelesen, deren Ausgangssignal dann dem Stanzglicd 11 zugeführt wird, wo die Information auf einer Karte, einem Band oder einem Streifen durch Stanzen aufgezeichnet wird. Die selektive Ableseschaltung 10 und das SMnzglied 11 sind von herkömmlicher bekannter Konstruktion. Um die Anordnung der aufgezeichneten Information in der Reihenfolge zu erleichtern, ist eine Druckschaltung mit einem äußeren Schalter mit dem Stanzglicd 11 verbunden, von welchem geeignete Bezugszahlen auf die gestanzte Karte oder den gestanzten Streifen gedruckt werden.

Die Zähler, welche die Durchgangszeiten der zwei Zonen auf diese Weise gemessen haben, werden dann für den anschließenden Betrieb auf der nächsten Schale auf Null zurückgestellt.

Die vorliegende Erfindung ist auch zur Messuni von kreisförmigen Zonen verwendbar, die selbst un durchsichtig sind und in einer durchsichtigen Umge bung besonders und mit durchsichtigen Stellen durch setzt sind, d. h. die entgegengesetzte Konfiguratioi

der Lichtdurchlässigkeit aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung kreisförmiger, optisch unterscheidbarer Flächen in Bakterienkulturen durch Bestimmung deren Durchmesser, indem die Kreisbegrenzungen optisch erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die

in einer Reihe hintereinander angeordneten, optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen durch mehrere nebeneinander angeordnete Lichtschranken kontinuierlich hindurchgeführt werden und daß der Abstand (s) der Lichtschranken voneinander der Meßgenauigkeitsanforderung und die Länge (L) der Licht-Schrankenanordnung der möglichen seitlichen Schwankungen der einzelnen optisch unterscheidbaren Flächen in den Bakterienkulturen angepaßt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (8) zur Bewegung der Meßobjekte proportionale Zeilimpulse erzeugt, die über eine Torschaltung (6) einem Zähler (9) zugeführt werden und daß die Torschaltung (6) für die Zeitimpulse durchlässig ist, wenn wenigstens einer der Pholodetektoren (1) der Lichtschrankenanordnung erregt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Durchmessern entsprechenden gezählten Zeitimpulse auf Datenträgern gespeichert werden.