山东大学微生物技术国家重点实验室谷立川教授团队的文章“Measurement of optical density of microbes by multi-light path transmission method”已在mLife 网站正式上线。微生物浓度测量这一简单实验长期以来是困扰整个微生物学界的难题。原因是测量所依赖的比尔-朗伯定律只在低浓度下成立，浓度较高时数据会严重失真。该团队发现采用多光程动态加权法可以使比尔-朗伯定律在高浓度下仍然成立。基于这一原理开发的新型微生物浓度检测仪与配套耗材可将线性测量范围提高到OD₆₀₀ 10.0以上。

微生物浓度的测量在微生物学研究和相关产业中均为非常常规的实验。由于直接进行细胞计数在大多数情况下不具备可行性，光密度（OD₆₀₀）通常用来表示微生物培养液中的细胞密度。标准的做法是利用分光光度计让一束波长为600纳米的单色光通过10毫米的微生物培养液，通过比较入射光与出射光的强度变化获得OD₆₀₀读数。分光光度计是测量微生物浓度的理想工具，它们提供了简单、高效、廉价的测量手段。

这种方法背后的原理是比尔-朗伯定律，该定律指出，在相对较低的细胞密度下（OD₆₀₀<0.5），OD读数与细胞密度线性相关。然而，随着细胞的增殖和细胞密度的增加，OD读数与细胞密度之间的关系逐渐偏离线性。在高浓度时，OD读数（表观OD）可能比线性关系预测的值低得多，甚至低一个数量级。这意味着细胞密度可能被严重低估。当在高浓度下需要精确的OD值时，必须在测量前稀释培养液。

该研究发现使用较短的光路测得的OD值等效于测量对应倍数稀释的细胞培养液的OD值。基于这一发现，该团队通过测量三种不同光程的OD值并将其加权平均，可以轻松地实现从低浓度到高浓度的广大范围内准确测量微生物培养液的OD值（WOD₆₀₀）。与仅使用10 mm光程测量相比，该方法测量大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和毕赤酵母的生长曲线具有更高的准确性。此外，基于该方法设计了L-型比色皿和相应的微生物浓度检测仪，大幅度简化了测量过程（图1）。这也为非侵入式精确测量奠定了基础。

图1 多光程动态加权法原理以及配套仪器耗材

(A) 测量原理图；（B）L-型比色皿；（C）大肠杆菌，（D）金黄色葡萄球菌，（E）毕赤酵母生长曲线。从图中可以看到与传统方法相比，测量范围大幅度提高。如果只用10 mm光程测量生长曲线会严重失真。

引用本论文：Wang H, Gu CM, Xu S, Wang H, Zhao X, Gu L. Measurement of optical density of microbes by multi‐light path transmission method. mLife. 2024.

原文链接：

https://doi.org/10.1002/mlf2.12147

第一作者

王宏伟  助理研究员

作者单位：山东大学

作者简介：硕士，山东大学微生物技术研究院（微生物技术国家重点实验室）助理研究员。研究方向为病原微生物调控机制的研究及微生物检测技术开发。发表论文十余篇，申请专利6项，其中1项已授权。

通讯作者

谷立川  教授

作者单位：山东大学

作者简介：博士，山东大学微生物技术研究院（微生物技术国家重点实验室）教授。长期从事病原微生物生物被膜耐药及调控机制研究。先后发表SCI论文50余篇，申请国家发明专利16项，已有7项授权。

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