微生物纯培养“涂布”技术的研究进展
微生物纯培养“涂布”技术的研究进展
在微生物学、生物化学、合成生物学等生命科学领域，实验室微生物纯培养成了关键一环。常见的微生物纯培养方法有平板划线法、倾注平板法和稀释涂布平板法。其中平板划线法致力于单菌落分离，采用接种环/接种针进行分区划线培养；倾注平板法采用混合培养的方式，将稀释后的微生物菌液和无菌培养基混合倾注于培养皿中，多用于兼性厌氧菌的培养；而稀释涂布平板法则适合应用于需定量涂布的稀释菌液，借助多种移液和涂布设备，常用于好氧菌的纯培养。
随着科技的进步，“涂布”技术也日新月异地发展。从最初的“低通量手工”、“低通量自动化”逐步发展形成“高通量自动化”、“移液/涂布一体化”及“高通量、自动化移液/涂布一体化”的模式。
低通量手工涂布技术
传统的微生物涂布技术还停留在低通量手工阶段。在稀释涂布平板的实验过程中，涂布器的选择至关重要：常使用玻璃涂布棒、预灭菌一次性塑料涂布棒、电动平板涂布仪和无菌玻璃珠。
❤玻璃涂布棒❤
玻璃涂布棒是早期实验室里最常见的涂布器，分为“L形”和“三角形”。
使用方法：使用时手持棒柄端，在培养平板表面轻轻涂抹，将菌液涂抹均匀即可。
优点：工具简单，成本较低，可反复利用。
缺点：在连续涂布平板过程中，需反复灭菌，容易产生交叉污染。
❤预灭菌一次性塑料涂布棒❤
操作方法：撕开一次性塑料包装，取出涂布棒。手持棒柄端，在培养平板表面轻轻涂抹，将菌液涂抹均匀即可。
优点：采用独立包装，塑料材质，持拿方便轻盈。一次性涂布操作，无需清洗和灭菌，避免了交叉污染，适合高通量或无菌要求高的工作。
缺点：长期使用成本较高。
❤电动平板涂布仪❤
电动平板涂布仪配备有可旋转的平台。
操作方法：
接入电源，带动培养平板感应旋转，涂布棒保持静止。在离心力作用下菌液被自动甩成均匀的薄膜，从而实现自动化涂布。
优点：采用电动平板涂布仪涂布的平板均匀性较好，重复性和效率较高，适合菌种筛选和表型分析等实验。
缺点：仪器成本较高，高速运转的同时易产生气溶胶，造成污染。
❤无菌玻璃珠❤
在日常实验过程中，无菌玻璃珠的用途比较广泛。比如，复杂组织DNA提取中加入少许玻璃珠起到研磨和细胞辅助破壁的作用；微生物平板涂布的过程中，使用玻璃珠进行菌液的分散和涂布。
操作方法：取粒径3-4mm的玻璃珠适量，混同菌液一起加入培养皿中，快速水平摇动、旋转培养皿，完成菌液涂布。打开皿盖，将玻璃珠倒出。
优点：珠散法涂布快速高效，玻璃珠可灭菌重复利用。
缺点：对实验员实验手法要求较高。全球化战略。
低通量自动化涂布技术
实验室现有的商品化涂布器都是以低通量手工为主。除了上面提到的几种类型，低通量自动化涂布器也逐渐被设计出来。自动化涂布器的发现解放了双手，带来了新的设计理念。
❤一种细菌自动涂布装置❤
设计理念：整个装置主要有涂布平板、酒精消毒和紫外线灭菌三个区域，分布在同一个三叉安装板上。通过电机设备驱动安装板转动，可实现自动化涂布以及涂布棒酒精和紫外的双重消毒。
优点：该装置解放了双手，实现了微生物涂布平板的自动化。采用三合一的模块设计，集涂布、消毒、灭菌于一体。
缺点：不能完全“无人”运行，需实时替换涂布棒、培养皿、酒精烧杯，比较麻烦；酒精消毒和紫外灭菌过程繁琐，等待涂布时间较长。另外成本较高，不适合实际生产活动和高通量实验。
高通量自动化涂布技术
随着人工智能技术的发展，高通量、自动化实验设备层出不穷，高通量、自动化涂布器也开启了“涂布圈”的第三代革命。
❤涂布头及自动化涂布系统❤
设计理念：涂布器主体包括固定端、外壳、卡扣、弹簧和涂布棒等结构。使用时，球头/平头的金属涂布棒可以随弹簧弹性形变沿外壳轴向往复运动，可有效防止戳破/划伤培养基。
优点：可以连接三坐标机器人，以此实现自动化控制操作和高通量菌株涂布。
缺点：金属涂布棒需拆卸回收，灭菌重复利用。
移液/涂布一体化涂布技术
为了简化操作步骤，减少实验过程中的交叉污染，移液/涂布一体化的设计理念成了趋势。
❤移液枪头“化身”涂布器❤
设计理念：实验室移液枪头完成移液操作后，将移液枪头弯折一定角度（枪头贴合培养皿5-60°）即可完成后续的涂布操作。
优点：可实现移液和涂布两用，方法简单易行，操作方便，适合低通量手工独立实验。
缺点：枪头弯折不当，容易划伤培养基平板，涂布不均匀。
❤新型细菌平板涂布笔❤
设计理念：新型细菌涂布笔包含封堵头、笔壳、笔芯、笔头、笔帽等结构。使用时打开笔后端的封堵头，加入适量菌液（浸润笔芯即可）后封盖；取下笔前端的笔帽，让笔头浸润吸收菌液后涂布平板即可。
优点：笔头采用疏松多孔的结构，菌液中的微生物可均匀迁移至笔头表面，在均匀涂布时可以更好地利用平板空间，利于微生物生长，实现了移液和涂布一体化的效果。
缺点：涂布笔整体成本较高，不适合实际生产活动和高通量实验。
高通量、自动化移液/涂布一体化涂布技术
集“移液”和“涂布”一体的自动化涂布器，在实现菌株自动化和高通量涂布的同时，实现移液/涂布一体化，大大简化了实验流程，提高实验效率。
❤可移液的涂布头及自动化涂布系统❤
设计理念：涂布器主体包括涂布管、涂布腔、涂布夹持部和涂布通孔。使用时，涂布夹持部连接三坐标机器人，定量液体经过涂布管中的涂布腔并穿过底部的涂布通孔外渗到培养平板后进行涂布。
优点：可轻松实现高通量级菌液同时移液和涂布，大大提高实验效率。另外，涂布器材料和结构简单，也降低了实验成本。
缺点：有很大的商品化应用前景。
蓝华Tips
综上，实验室里的涂布器已经完成了“手工低通量-自动化低通量-自动化高通量-自动化高通量移液/涂布一体化”的变革，搭配自动化机器人设备用于自动化菌株开发，高通量菌株筛选。目前北京蓝华生物技术有限公司研发的高通量菌株筛选平台可以根据客户需求集成多种自动化菌株涂布模块，显著提高微生物菌株培养的效率，降低了交叉污染的实验风险以及人力劳动的实验成本。
未来，自动化、高通量、数字化涂布及涂布系统将成为热点，微生物纯培养在体量和质量上都将实现质的飞跃。
参考资料
CN217052226U-涂布头及自动化涂布系统
CN217479453U-可移液的涂布头及自动化涂布系统
CN117070594A-一种微生物涂布方法
CN219930097U-一种新型细菌平板涂布笔
CN222846715U-一种细菌自动涂布装置
