细菌自动鉴定及药敏系统的研究进展

一、细菌自动鉴定及药敏系统的发展史
细菌的鉴定是细菌分类的实验过程，长期以来，临床微生物实验室一直沿用100多年前由Gram、Pasteur、Koch、Petri等创造的传统的微生物学鉴定方法。这些传统的鉴定方法不仅过程烦琐，费时费力，且在方法学和结果的判定、解释等方面易发生主观片面而引起的错误，难以进行质量控制。
20世纪60年代以后，微生物学家和工程技术人员密切合作，对微生物的研究采用了物理的、化学的分析方法，发明了许多自动化仪器，并根据细菌不同的生物学性状和代谢产物的差异，逐步发展了微量快速培养基和微量生化反应系统，使原来缓慢、烦琐的手工操作变得快速、简单，并实现了自动化和机械化。微生物鉴定自动化方法，包括(1)临床微生物鉴定系统；(2)气液色谙分析；鉴定厌氧菌和分枝杆菌多用于研究；(3)核酸杂交；多用于研究；(4)化学发光技术；可鉴定一些细菌少数分枝杆菌属和一些真菌。80到90年代发展迅速，并广泛用于临床。1985年第一台自动化细菌分析仪器Vitek-AMS进入中国并成功使用。1999年底法国梅里埃公司推出VITEK2系统，从接种物稀释、密度计比较及卡冲填和封卡等步骤均实现了全自动化。目前已有多种微生物自动鉴定及药敏测试系统问世，如VITEK-AutoMicrobicSystem(AMS)、PHOENIXTM、MicroScan、Sensititre、ABBott(MS-2 System)、AUTOBACIDXSys-tern等。这地自动化系统具有先进的微机系统，广泛的鉴定功能，适用于临床微生物实验室、卫生防疫和商检系统，主要功能包括细菌鉴定、细菌药物敏感性试验及最低抑菌浓度(MIC)的测定等。其准确性和可靠性均已大大提高。
二、细菌自动鉴定及药敏系统原理及性能比较
1.原理：
临床微生物鉴定系统使细菌鉴定过程规范化和程序化，将细菌对底物的生化类型与已建立数据库类型相比较。测试原理主要是利用物质产生PH值变化，能释放色源或荧光源复合物的酶学反应，四氮唑标记碳水化合物代谢活性的产生，挥发或非挥发酸产生，或可见生长。
鉴定系统反应原理

2．采有上述原理的各种鉴定系统可鉴定肠杆菌科， 菌。 目前较完善的鉴定系统性能比较。非发酵菌，革兰阳性球菌，革兰阴性球菌，厌氧菌和酵母

自动鉴定系统性能比较

三、常见细菌自动鉴定及药敏系统工作原理

（一）半自动微生物鉴定和药敏系统

1．VITEK-ATB

　　ATB鉴定系统是将肉眼观察的结果输入电脑，计算机数据库由许多细菌条目(taxa)组成，将输入结果与数据库内细菌条目比较，自动地得到鉴定结果。ATB敏感性试验采用半固体琼脂培养丛，不同的药敏试条含有不同种类的抗生素，每种抗生素都设有两个关键性的浓度，在24小时内通过观察有(+)无(一)细菌生长以判断药敏试验结果。结果可直接判读为：敏感，中介或耐药。由读数仪和电脑两部分组成。系统是由API金标准改良而成，拥有庞大的细菌资料库以及严格的质控，可鉴定多达550种细菌。另外，ATB系统操作方便，只需将培养结果输入电脑，就可得到结果。

2．MicroScan Panel

　　使用测试板及快速接种系统，人工判读，将编码结果输入电脑，由电脑软件得出反应结果。操作简便，价格便宜。

3．Sensititre ManualSystem(手动装置)原理和操作方法同以上两种半自动方法。

（二）自动微生物鉴定和药敏系统

1．AutoScan-4自动微生物鉴定／药敏分析仪

　　试剂板在培养箱孵育，然后放主机，用比色法及比浊法对鉴定及药敏(MIC)进行测定，96条不同波长光导纤维，对96孔板同时测定。仪器由主机，电脑和打印机组成。
将菌液加入试剂板，放培养箱孵育(35～C左右)18～24小时。将试剂板放入主机，仪器自动判读结果。可同时做鉴定和药敏，自动判读结果，操作简便。

2．AutoReader自动微生物鉴定／药敏分析仪

　　用荧光检测技术，在测定板底物中加入入酶介物，使其与细菌生长中的酶结合生成荧光物质。荧光物质通过荧光读数仪得出的生物编码（BIOCODE）来判定菌种。

（三）Vitek-AMS（Automated Microbic System）全自动细菌鉴定和药敏分析系统工作原理

1．概况：

　　Vitek-AMS（Automated Microbic System）全自动细菌鉴定和药敏分析系统，1960年由美国航天系统的麦克唐纳，道格拉斯公司为了鉴定宇宙环境中的微生物而研制的。1973年正式应用于临床微生物检验。1989年该系统由麦克唐纳，道格拉斯公司转让给法国生物梅里埃集团。全世界有4246家实验室应用，国内用户110台。(1996年资料) 自1985年第一台自动化细菌分析仪器Vitek-AMS进入中国并成功使用。价格7．8万美元。

2．结构组成

　　VITEK CC4自动鉴定系统由菌液接种、封闭装置(此装置分上下两部分，下部分为真空室，上部是一热切割器)．读数器、孵箱和电脑、打印机三部分组成。

(1)充液/封口部件 这一部件分为上、下两部分。上部为封口器并有切割作用，下部为真空充液接种装置。将制备好菌悬液的试管和试卡用一弯形塑料管相连并置充液接种仓中，当接Fill钮时，即开始抽真空，真空形成后进气阀开放，仓内形成负压，菌液从试管通过弯形塑料管进入试卡内即完成接种，上部封口为一热切割器，温度可升至200℃以上，完成按种的试卡可置热切割器中，密闭并切割平整。

(2)孵箱／读数器 孵箱内有一直立圆形转盘，每隔900置一卡片架，每个孵箱共可放4个卡片架，每一个卡片架分别用 A、B、C、D标记，每—卡片架可放32张测试卡。孵箱直接由计算机控制，读数器是665nm波长的光扫描器，每15min自动扫描一次，并将光信号转换为电信号传送至计算机。

(3)计算机、终端和键盘 计算机就像整个系统的神经中枢，始终保持与孵箱／读数器、打印机和终端的联络，控制孵箱温度，自动定时读数，收集记录，储存和分析资料。当卡片反应完成时，计算机可指示打印机自动打印报告。使用者可随时从终端查询试卡检测结果，配有IMS装置的计算机还具有数据统计功能，该系统计算机还可同时带动两个孵箱／读数器并可与自动免疫诊断系统——VIDAS联用。终端是由21cm彩色显像管组成。终端可提供人机对话并与各部件联络，当系统出现故障会自动报警。键盘为102标准键擞，通过键盘可建立适合各类实验室的框架。输入指令或菜单，控制系统的运动状态，输入各检测样本的流行病学资料。

(4)打印机 打印机始终与计算机保持联络，接受计算机发出的命令，自动打印每一试卡的最终报告，包括实验室保留的short report和发给临床医生的patient report，并自动打印系统出现的故障资料。

3．原理

(1)鉴定原理：

　　常规革兰刚(阴)性板对各项生化反应结果(阴性或阳性)的判定是根据比色法的原理，将菌种接种到鉴定板后进行培养，由于细菌各自的酶系统不同，新陈代谢的产物也有所不同，而这些产物又具有不同的生化特性，因此各生化反应的颜色变化各不相同。仪器自动每隔1小时测定每—生化反应孔的透光度，当生长对照孔的透光度达到终点阈值时，指示已完成反应。由光电技术、电脑技术和细菌八进位制数码鉴定相结合。每个鉴定卡内含有30项生化反应，每3项为一组，各确立阳性反应值为1、2、4：如3项反应全部阳性，其组值为7；如第1、2项反应阳性，其组值为3；第1、3项反应阳性，其组值为5。30项生化反应可获得10位数的生物数码，在鉴定时有时还需外加补充试验，共可获得11位生物数码，系统将其最后一次判读的结果所得生物数码与菌种资料库标准菌生物模型相比较，得到鉴定值和鉴定结果，并自动打印出实验报告和发给病人的病房报告。

(2)药敏实验原理

　　药敏测试板(卡)的药物敏感性试验实质是微型化的肉汤稀释试验。应用光电比浊原理，根据不同的药物对不同的菌最低抑菌浓度不同，每一种药物一般选用3种不同药物浓度，每一药敏试卡可同时作10种药物的MIC(minimal inhibitory concentration)测定，经6小时孵育后，每隔一定时间自动测定小孔中细菌生长状况，即可得到待测菌在各浓度的生长率。待检菌斜率与阳性对照孔斜率之比值，经回归分析得到MIC值，并根据NCCLLS(美国国家临床实验室标准化委员会)标准获得相应的S、I和R结果。药敏报告含MIC值，敏感度，药物一次剂量和在该剂量下的血清和尿液内最高药物浓度。

4．主要操作步骤

(1)光电比浊仪

　　革兰氏阳性菌配制相当0.5麦氏管菌悬液，革兰氏阴性菌配制相当1麦氏管菌悬液、酵母菌配制相当2麦氏管菌悬液，厌氧菌配制相当大于2麦氏管菌悬液。

(2)菌液接种和封闭

(3)卡片装入读数器／孵箱。

(4)输入病人人口统汁学资料。

(5)自动打印实验室和病人报告。

5．系统功能和特点

(1)鉴定功能

　　系统具有对不同菌类的鉴定能力，含有鉴定试卡十种，包括

A．GNI卡(革兰氏阴性杆菌)：可鉴定肠道菌和非发酵菌117种。
B．GPI卡(革兰氏阳性球菌)：可鉴定葡萄球菌、链球菌及其他细菌49种。
C．YBC卡(酵母菌)：可鉴定酵母样真菌36种。
D．BAC卡(需养芽孢杆菌)：可鉴定芽孢杆菌12种。
E．ANI卡(厌氧菌)：可鉴定87种。
F．NIH卡(奈瑟氏菌、嗜血杆菌)：可鉴定奈瑟氏菌、嗜血杆菌和其它苛氧菌30种。
G．NFC卡(非发酵型革兰氏阴性细菌)：可鉴定非发酵型革兰氏阴性细菌。
H．GNI+卡：快速革兰氏阴性菌鉴定卡。
　筛选卡
L．UID-3卡：尿道感染专用鉴定和药敏卡
M．ESP-3卡：肠道病原菌

　　可鉴定不同种类的细菌近500种。系统设计，直接同样本鉴定，使结果提前二十四小时，并报告菌落计数，鉴定功能和参考方法比可获得百分之九十五以上的相关率。

(2)药敏试验

　　革主氏阴性杆菌药敏试二十种，革兰氏阳试卡三种，尿道分离菌药敏试卡，超广谱(—内酰胺酶试卡，最近又开发出四十五孔试卡。涉及为九十七种抗生素，并含有测定超广谱(—内酰胺酶(ESBL)功能的试卡(GNS—NT)。在革兰氏阳性菌药敏试卡中含有(—内酰胺酶试验。

(3)专家系统软件

　　所谓专家系统是用计算机软件来代替有丰富经验的专家审核，该系统产生报告中的技术错误和异常的药物表型，TITEK专家系统有144条规则，规则分为三级水平，一级水平是极不可能出现的表型，二级是罕见表型，三级是利用一种药物表型推理另外一些药物的耐药性。专家系统规则，每天审核异常药敏规则，使检验医生可对报告进行修订或重复处理。

(4)数据处理软件

　　可根据用户需要，打印出二十八种流行病学和统计报告，统计报告内容是：菌种发生率报告、抗生素敏感率统计报告、细菌对抗生素累积敏感率报告、细菌对抗生素累积MIC报告、每月细菌发生率报告、每月细菌敏感率报告、工作量报告、生物模式统计报告、根据不同试卡种类统汁的敏感性报告。

(5)优点：

　　结果检出迅速，最快2-4小时鉴定出结果，准确度高，本机设有专家系统软件，该系统汇集了细菌学家、药学家及基础医学家智慧而研制的软件，用于审核评价现时药敏报告中耐药表型的可能性和正确性。多种形式的结果统计，帮助细菌室了解院内某种细菌的感染率、细菌的耐药趋势等情况。

6．注意事项

(1)首先一定要调验好光电比色计0点和100％点。
(2)细菌一定要纯。(菌落不纯一定要分纯后再上仪器鉴定。)
(3)仪器报警一定要及时处理。

7．仪器保养
(1)每日用布水擦机身，每周沾70％酒精擦填充器。
(2)2-3各月用无水乙醇擦镜片。
(3)1—2个月用清洗带清洗备份磁头。

（四）Vitek Ⅱ：

　　在第一代Vitek的基础上发展而成。有4个架子，每个架子能容纳15片试验卡。司同时容纳60片试验卡，每片试验卡包含64个反应孔，采用快速荧光法测定细菌，2小时提供鉴定报告，鉴定敏感度高，分辨能力强。可在鉴定的同时进行药敏试验，结果可分级报告(先完成的药敏结果先报告)。该仪器具有高级专家系统，可根据药敏试验的表则结果提示有何种耐药机制的存在，对耐药机制推断准确性大于90％，MIC平均药敏检测所需时间9.74小时，比传统方法缩短1天检测时间，能对药敏试验的结果进行“解释性”判读。该专家系统还能自动复核检验结果，如发现鉴定与药敏不符合的现象，即发出提示，要求进行复查。

（五）SENSITITRE MICROBIOLOGY SYSTEMS ARIS英国先德荧光快速微生物鉴定/药敏系统工作原理

1.概述：

　　SENSITITRE MICROBIOLOGY SYSTEMS ARIS由英国Accu Med公司于20世纪70年代开始研制生产。1996年12月美国惠好公司正式成为SENSITITRE在中国的总代理。分为全自动SENSITITRE Aris和半自动Auto-Reader两种组合。可鉴定细菌180种。数据库含500种细菌资料。可对200种抗生素进行分析，在全世界有800家用户。1996年12月进入中国。国内5家用户。

2．原理：

(1)鉴定原理：

　　通过检测荧光的增加间接地测定MIC值。SENSITITRE系统采用传统生化反应，8进位数码鉴定及荧光分析项结合。荧光分析是用荧光标记细菌表面特异酶的底物，经细菌水解底物产生荧光来判断结果。不同的细菌作用于不同的底物，激发出不同强度的荧光，即可鉴定不同的细菌。Sensititre的96孔鉴定板中共有32个生化反应，每4项生化反应为一组，第1项生化反应阳性值为“8”，第二项反应阳性值为“4”，第三项反应阳性值为“2”，第四项反应阳性值为“1”，各项反应阴性记为“0”。将每组4项反应的阴、阳性结果转换成数值并相加，如2、3项生化反应为阳什，其组值为“6”。若组值超过9，则以字母代表，如第1、3项生化反应为阳性，组值应为“10”，此时就以“A”表示，若组值为11，则以“B”表示，以此类推。将各组反应的组值相加，32项生化反应可得到一组8位数的生物数码。

(2)MIC测定原理：

　　采用NCCLS推荐改良的微量肉汤稀释2-8点，在每一反应孔内参与荧光底物，若细菌生长，表面特异酶系统水解荧光底物，激发荧光，反之无荧光。以最低药物浓度仍无荧光产生的浓度为最低抑菌浓度(MIC)。首创荧光快速分析技术，鉴定／药敏分析时间明显缩短。结果更准确。

　　卓越的药敏分析技术，可进行全值药敏和阈值药敏分析。全值8点药敏分析法。

　　采用最先进的荧光8点药敏分析法，他是将每种抗生素稀释成8种不同浓度进行药敏分析，从而达到更准确的药敏结果，实现真正的MIC，对药剂量的控制更准确，大大提高临床检测及治疗水平。

3．结构组成

（1）硬件

　　模块式组件：手动、自动、全自动可自由组合，易于升级。在ARIS的孵育箱有可盛放64板的转盘。鉴定实验中无需添加试剂和另测试验。

A．Sensitouch(手动装置)
B．ARIS(全自动装置)
C．AutoReader(自动装置)
D．AutoInoculatot(全自动加样器)

(2)软件

　　采用功能强大的UNIX工作站系统软件平台，可直接进入全院网络同应用，软件适用于各种组合的硬件系统。根据NCCLS标准设定强大的流行病学统计功能。可随时通过软件升级来增强系统功能。

(3)耗材

　　96孔国际标准板，独创3个样本／每块板、鉴定板、全值药敏板、阈值药敏板、鉴定／药敏组合板、自由设定板。超过500种革兰氏阴性致病菌及革兰氏阴性菌。全世界最多最新的(300多种)抗生素药敏分析，各种板有效期为18-24各月。全部消耗品常温保存，避免预升温过程。

4．性能特点

(1)首创荧光快速鉴定／药敏分析
(2)95％的革兰氏阴性菌鉴定在5小时内完成。
(3)独创每块板上分析3个样本
(4)干燥试剂技术使各种板有效期为18-24个月
(5)全部消耗品常温保存，避免预升温过程
(6)符合NCCLS标准的全值药敏分析技术
(7)半自动组合可升级为全自动装置。

（六） BD Phoenix System“凤凰”全自动细菌/鉴定药敏系统

1．概况1998年Becton Dickinson and Company公司Phonenix全自动细菌鉴定药敏系统

2．原理

(1)鉴定原理：采用荧光增强原理与传统酶、底物生化呈色反应结合的原理。

(2)药敏试验原理：通过传统比浊法(Turbidity)和BDZL呈色(Chromogenic)反应双重标准及荧光的增加间接地测定MIC值。

3．结构与组成

　　PHOENIXTM100主机(PHOENIXTM50)；BBL比浊仪；BDXPertTM微生物专家系统；BD EpiCenterTM微生物实验室专业数据管珲系统。

4．性能特点

（1）同时检测100份鉴定／药敏标本，分别检测100份鉴定标本及100份药敏标本，总标本量为200份。

（2)140 GP database 80％ID 6 Hrs革兰氏阳性标本鉴定时间仅需4小时．准确度91％-95％；
160 GN database 95％ID 3-5 Hrs革兰氏阴性标本鉴定药敏时间仅需3小时，准确度91％-95％；
78种药物GN—90％ in 5 Hrs；GP—80％ in 6 Hrs，95％ in 10 Hrs?真正的MIC实验结果。药敏试验时间4-6小时，准确度95％。无需附加实验．

(3)自动维护、自动质控。

(4)细菌鉴定种类革兰氏阳性菌112种，革兰氏阴性菌158种、厌氧菌、酵母菌、奈瑟氏菌及嗜血杆菌等。药敏实验所选抗生素98种：青霉素类、头胞菌素类、氨基苷类、大环内脂类、喹诺酮类、四环素类、抗真菌药、抗菌复合剂。

(5)鉴定板、药敏板、或鉴定／药敏复合板。鉴定／药敏复合板51孔用于鉴定实验，85孔用于药敏实验，可同时进行17种抗生素5种浓度或28种抗菌素3种浓度的MIC药敏实验。

(6)BD微生物专家数据处理系统对鉴定/药敏结果进行能够专业性分析判断。

（七）MicroScan微生物自动鉴定及药敏系统工作原理

1．概况

　　MicroScan自动细菌鉴定系统由DadeMicroScan公司生产，其中包括全自动系列Walkaway 40和Walkaway 96以及半自动系列AutoScan-4。MicroScan系列是美国最普遍使用的(全自动、半自动、手工)鉴定系列之一，庞大的菌种资料库可鉴定近500种细菌。

　　1984年半自动AutoScan-4研制成功投入市场

　　1989年全自动Walkaway研制成功，1991年正式上市。

2．原理

　　MicroScan的WalkAway系列则采用8进制计算法分别将28个生化反应转换成8位生物数码。计算机系统自动将这些生物数码与编码数据库进行对比，获得相似系统鉴定值。快速荧光革兰阳(阴)性板则根据荧光法的鉴定原理，荧光物质均匀地混在培养基中，将菌种接种到鉴定板后，通过检测荧光底物的水解、底物被利用后的pH变化、特殊代谢产物的生成和某些代谢产物的生成率来进行菌种鉴定。

3．结构

　　系统主要由WalkAway96仪器、测试板、快速接种系统和数据管理系统四部分组成。

1．WalkAwav96仪器部分测试板放入孵育箱后，在20min到3h内(山测试板的型号决定)系统要对测试板进行一次初读，初读的结果将作为以后读板结果的对照。通过比色法测定的测试板经适当的孵育后，有些测试孔需添加试剂，此时WalkAway系统会自动添加，并延长孵育的时间，一般为5-30min。通过荧光法测定的测试板不需添加试剂，孵育完成后，系统立即读板并将各孔的检测数据自动储存起来。

　　WalkAway的荧光测定系统可直接对荧光测试板各孔中产生的荧光进行测定，并将荧光信号转换成电信号，数据管理系统将这些电信号转换成数码，与原已储存的对照值相比较，推断出菌种的类型及药敏结果。常规测试板则直接检测电信号，从干涉滤光片过滤的光通过光导纤维导入测试板上的96个测试孔，光感受二极管测定通过每个测试孔的光量，产生相应的电信号，从而推断出菌种的类型及药敏结果。

　　在特殊情况下，药敏测试板会出现读板失败的现象，此时可以用肉眼来校读。直接观察各孔中细菌的生长情况，若长菌，则记为阳性，若不长菌，则记为阴性，将结果输入微机中，数据管理系统会得出药敏结果。

2. 测试板 采用96孔塑料板作为测试板，孔内包被有用于菌种鉴定的生化反应的底物，或是用于测定MIC的不同稀释浓度的各种抗生素，每孔可容纳120μl的液体。每个板中均设有对照孔和生长孔。若读板时检测到生长孔中的细菌生长量不够，就会给出“生长不充分”的提示，系统自动延长孵育时间。MicroScan测试板的类型各测试板上都附有条形码，上机前经条形码扫描器扫描后可被系统识别，系统会自动给测试板编号，以防标本混淆。

　　MicroScan测试板的类型

3．快速接种系统 系统配有真空接种器，可一次完成96孔菌液的接种。需指出的是，有许多细菌自动鉴定系统都配有自动接种器，大致可分为两类：真空接种器和活塞接种器，以真空接种器应用较多。并且接种器上一般都配有标准麦氏浓度比浊仪，操作时只需将稀释好的菌液放入比浊仪中确定浓度即可。

4．数据管理系统负责数据的转换及分析处理，并具有强大的统计功能，可进行菌种发生率、菌种分离率、抗生素耐药率等流行病学统计。

四、注意事项

1．待检细菌在用该系统测试前必须作涂片和革兰染色，根据染色反应选择所需试卡。
2．菌悬液配制后应在20min之内接种完毕并放入孵箱读数器。
3．测试卡号必须书写清楚。
4．被测试细菌要求培养时间在18—24h之间，新培养物最长不应超过48h，厌氧菌培养物不应超过72h。
5．加样器和盐水瓶应保持清洁、无菌。
6．认真标记外加试验。
7．卡片要轻拿轻放，防止气泡产生。
8．待检菌同时作鉴定和药敏试验时，二卡片应写同一测试卡号并放置同一卡片架上。
9．严格按手册规定进行开机和关机，防止因程序错误造成信息丢失。

五、细菌快速检测仪的仪器维修

1．定期清洁真空仓、封口器和读数器反光镜，避免由于灰尘而影响判断的正确性。
2．定期(3个月)用ATCC标准菌株测试各种试卡一次，并作好质控记录。
3．建立故障和维修记录，详细记录每次故障的时间、内容、性质、原因和解决办法。
4．定期由工程师作全面保养，并排除故障隐患。

六、细菌自动鉴定及药敏系统的进展趋势

　　微生物鉴定的自动化可以缩短微生物的鉴定时间，并可促进实验室内和实验室间的标准化，但是，它的试剂消牦费用、一次性设备投入都很高，在某些情况下其结果还需要候补方法确认。今后仍将致力于发展低费用，减少或取消候补方法确认，快速报告能在更短的时间内产生，提高智能化水平。

参考资料
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