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２０１３－生物传感器实验１－第九组－论文
大肠杆菌生长浓度的实时检测
The Real-time Monitoring of The Concentration of
E.coli growth
邵建智 朱明 沈力
摘要：通过将大肠杆菌放置在ＬＢ培养基中培养，大肠杆菌浓度快速增加，约１７－２０
ｍｉｎ繁殖一代，浓度改变导致透光率改变，发光二极管感应到这种变化后通过电路和２５３７采集卡将数据传送给计算机，便可以实时观测到生长曲线。
关键词：大肠杆菌 发光二极管 实时检测
前言
生物检测是近几十年来发展起来的应用于环境检测领域的一门新兴技术，是指利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应，从生物学角度对环境污染状况进行检测和评价。本实验主要研究大肠杆菌在环境中的检测方法。大肠杆菌是自然界中广泛存在的一种细菌，不仅在分子生物学实验方面有着很大的作用，也被用来作为水体污染的指标。本实验旨在研究一种快速，高效，简便的测量方法来对水体中大肠杆菌的含量进行检测。
正文
一、研究现状、目的和意义
现在大肠杆菌的检测方法主要是基于显色培养基法，这种方法从培养基制备，大肠杆菌培养，到显色往往需要花费大量的人力，物力，财力。而且检测指标是用肉眼判断颜色的差异，往往存在很大的误差。我们这个实验目的主要就是研制出简便，快捷的检测方法，利用分光光度计的原理，将大肠杆菌的浓度信号转化为光的强弱信号，最终转化为电信号，增加了检测的准确度。这一方法的研制成功，将为大肠杆菌的检测提供一种新的方法，减少在检测上资金，时间的投入，将大大提高工作效率。
二、人员组成
邵建智（贡献率：37%）：负责功能为“在计算机上实时显示大肠杆菌在溶液中的浓度生长曲线”，已利用visual basic软件实现基本功能，通过数据采集卡采集由光信号转变成的电信号，在计算机上实时显示曲线参与讨论电路的设计，微生物的生长及机械部分情况。
朱明（贡献率：33%）：负责微生物的选取，提取和LB培养基的配置。
沈力（贡献率：30%）：负责电路设计，利用发光二极管将光信号的强弱转化为电信号并通过运算放大器放大和滤波电容进行滤波，得出较准确的电压信号并利用Altium Designer09 软件绘制出电路，很遗憾的是没有做出实物，电路板没有焊出来，并参与讨论微生物的生长，机械部分情况。
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三、研究材料和设备（列出本项目所需要设备、材料清单，并作必要说明）
1 计算机
2 USB2537数据采集卡及其连接线 3 软件：visual basic ， Altium Designer09
4 胰蛋白胨 10g , 酵母提取物 5g , Nacl 10 g ， NaOH 5 磁子（搅拌用）
6 二个光电二极管、一个LM324运放、5个电阻、5个电容具体规格如下： 2个光电二极管：D1、D2采用普通光电二极管——型号为PD333或PD204 1个运算放大器：型号为LM324
5个电阻：R1=R4=1K ， R2=R5=5K ， R3=470K 5个电容：C1=C3=C5=47pF ， C2=C4=0.1μF 放大倍数：94（计算过程略）
四、系统组成（硬件，软件、设计、数据等）
1、系统概述
检测的目标微生物是大肠埃希氏菌，大肠杆菌（Escherichia coli，E.coli） 革兰氏阴性短杆菌，大小0.5×1～3微米。周身鞭毛，能运动，无芽。能发酵多种糖类产酸、产气，是人和动物肠道中的正常栖居菌。大肠埃希菌的致病物质之一是血浆凝固酶。根据致病性的不同，致泻性大肠埃希菌被分为产肠毒素性大肠埃希菌、肠道侵袭性大肠埃希菌、肠道致病性大肠埃希菌、肠集聚性黏附性大肠埃希菌和肠出血性大肠埃希菌5种。部分埃希菌菌株与婴儿腹泻有关，并可引起成人腹泻或食物中毒的暴发。肠出血性大肠埃希菌O157:H7是导致1996年日本食物中毒暴发的罪魁祸首，它是出血性大肠埃希菌中的致病性血清型，主要侵犯小肠远端和结肠。常见中毒食品为各类熟肉制品、冷荤、牛肉、生牛奶，其次为蛋及蛋制品、乳酪及蔬菜、水果、饮料等食品。中毒原因主要是受污染的食品食用前未经彻底加热。中毒多发生在3、9月。
由于大肠杆菌在液体培养基中生长时，浓度增加（周期大约为17-20min），对光源的吸收度也不同，利用此原理，当用光源照射比色皿时，在另一次用发光二极管接收透过比色皿后的光，随着时间逐渐增加，浓度增加，发光二极管接收的光强弱不同，从而转化为电信号的强弱不同，通过采集卡2537采样和程序便可在计算机上实时反应这一情况。
２、硬件部分
差分放大电路对共模信号的抑制能力很强，用在光电信号检测采集系统中能够很好的减小器件暗电流和外界环境温度变化给电路带来的影响和误差。
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电路板封装设计：
?D1、D2需要引出不焊接在电路板上，以便信号采集 ?电路板接线分二层（红蓝线区别） ?尺寸mm：18*35
此电路简单方便容易实现，放大倍数够用。
３、软件部分
特色功能：之前编写代码时没有考虑到曲线刷新的问题，之后了解到数据过多屏幕难以容纳时便考虑了这个问题，然后第一种想法是曲线移动到最右端后将曲线整体压缩一半，这样所有的曲线与点都能够显示出来，但实现次功能后发现经过一段时间后曲线变的过于密集，不利于观察，于是就想到了第二种方法：移屏，当曲线移动到最右端后将曲线整个往左移动１／５，然后再继续画曲线，如此循环。
主要模块：绘制坐标轴、判断曲线是否移动到最右端、调用子函数、清屏、重新绘制坐标轴和前４／５的曲线、继续接收数据绘制后１／５的曲线，循环。
４、数据和结果
由于没有真实地对细菌进行测试，因此只是直接用发光二极管感应光源，并通过调节两者之间的距离来改变发光二极管感应到的亮度，在计算机上能够较明显地观察到曲线的波动。
五、问题和展望
对于程序部分：此程序只是实现了其基本功能，但仍有很多改进的地方，例如通过鼠标滚轮实现实时检测曲线的放大与缩小，此功能未实现。
对于电路部分：还存在以下问题，例如：干扰的处理、信号的稳定性和信号收集，因此，利用光敏电阻设想一种改进后的思路：
信号源（发光二极管）→试样和CK→（光敏电阻）电桥信号采集→前置放大滤波→经典放大设计→输出信号→电压采集模块→计算机程序曲线显示
电路中的磁珠未画出 一个7805 和7905未画出
信号发生——使用12V（4*3V）纽扣电池电源，用相同的二个发光二极管产
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生相同的信号源。
（7805提供5V电压）信号采集——使用电桥电路设计
前置放大——使用普通的运放初步放大及滤波
信号放大——采用经典的电路设计，放大信号应当比较稳定。
双电源解决 12V （4个3V纽扣电池串联） 7805→+5V 7905→-5V
由于考虑到此设计较复杂，因此只是基于理论上的分析，实际上并未采用。
六、心得体会、建议(每个人单独阐述自己)
邵建智：在此次创新实验中，体会到了和以往的任何实验都不同的东西，以往的实验都是有步骤，每一步都有相关的规定，我们更多的只是按照要求完成即可。但对于这个创新实验，给了我们太多发挥的空间，以至于刚开始都不太适应，进度颇慢，不过逐渐地就熟悉了这种形式，实验的每一步都是发挥自己思考能力的时候，想法成为现实变得可能，这样就更加体会到了自己在实验中的价值和贡献，让我们有更强的积极性去完成它。
朱明：作为一个应生专业的学生，在传感器，各种电路，编程方面都很陌生，以前也没有接触过。在实验课上，主要的还是电路设计，程序编写这一块，但在这一块上我刚好是无从下手。所以在这里我要感谢一下我同组的两个同学，他们将大部分工作都揽过去了，让我负责一些简单的工作，也是我比较熟悉的细菌培养这一块。还有就是这个实验我们一开始就很明确的将工作分配下去，这样就大大的提高了工作效率，每人负责一块也降低了大家的工作量。虽然在最后没能将最终的成果展示出来，但重要的是过程，在这个过程中和老师，和同学们之间的交流也让我收获了很多。
沈力：未联系到。
七、总结
１.在检测方式方面，也考虑过荧光标记显色反应等，但由于考虑到实际情况需要实物，
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