基于TRIZ理论提高放线菌分离培养效率的策略①

戚珊珊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.096

摘 要：放线菌是抗生素的主要产生菌，广泛应用于生物制药行业。目前，实验室普遍采用传统分离培养方法获得放线菌菌种资源，梯度稀释涂布分离法是最广泛采用的方法。在实际分离过程中，放线菌的分离效率低是一个主要问题，特别在青藏高原地区，由于气候特殊，放线菌的生长受到限制。该研究利用TRIZ理论创新方法，对主要问题进行了系统分析、因果分析及资源分析，并基于分析，通过利用组件分析—系统裁剪、技术矛盾—创新原理、物理矛盾—条件分离、物场模型等TRIZ创新解决工具，构造了一体成形式涂布器、压片式涂布器、制备一种保水性好的琼脂、用实心的工程塑料材料作为超净台台面、蜂窝状垫条等8个创新方案，其中3个有专利申请意向，为提高放线菌分离培养效率提供了一个新思路。

关键词：TRIZ 放线菌 分离 效率

中图分类号：Q93 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0096-05

TRIZ理论诞生于70年前，创始人是俄罗斯的根里奇·阿奇舒勒先生。TRIZ理论英文全名为“Theory of Inventive Problem Solving”，中文译为“发明问题解决理论”。TRIZ理论的发展经历了萌芽期、初建期、发展期和成熟期，1985年后，TRIZ开始在全世界范围内广泛传播，经过多个国家、企业的应用验证，TRIZ成为世界上最有力的创新理论方法之一，极大地推动了科学技术的进步。中国引入TRIZ理论是近10年的事，随着TRIZ理论在我国的深入推广，许多科研单位、高校、企业人员都加入到研究TRIZ理论的队伍中来，TRIZ理论在工程、机械、管理、计算机等多个领域已有许多应用案例，但在科学实验领域几乎是空白。该研究利用TRIZ理论创新方法，旨在提高实验室分离培养放线菌效率，为TRIZ理论在科学实验的应用方面提供一些参考与思路。

1 问题描述

1.1 工作原理

样品梯度稀释后，将一定浓度的样品悬液均匀分散在固体培养基上，适宜温度下培养后，采用微生物分离纯化技术获得放线菌纯培养物。

1.2 主要问题及发生条件

培养基内氧气和湿度不足，营养成分种类不能满足各种放线菌的需求，导致分离效率低。主要问题发生条件：（1）在高原环境中，氧气和湿度低时会发生；（2）多数情况下，分离菌种较少；（3）研究人员和设备不足时，均会发生。

1.3 初步思路及问题现状

目前一般采用改变分离培养的条件参数，营养因子，以期得到更多放线菌种群。由于缺乏对未知放线菌种群的了解，此方法较盲目，效率低。

2 解决过程

2.1 解题流程

解题流程见图1。

2.2 分析问题

系统组件分析见图2。因果分析见图3。资源分析见图4。

3 方案生成

3.1 方案1—一体成形式涂布器

根据因果分析，涂布器的形状不足导致样品与培养基的接触不足。系统裁剪顺序为组件B能完成组件A功能。裁剪后的组件模型见图5。

方案为裁剪掉部分连接臂，采用金属制作涂布器，一体成形。连接臂与涂布棒的夹角为15°～30°，底角较小，使得涂布器在涂布过程中能最大程度地涂布到培养皿的边缘。此方法提供了较低成本的涂布器，金属不会破碎，更方便使用。优点是使用方便，效率高，降低成本。（见图6）

3.2 方案2—压片式涂布器

根据因果分析，涂布器的形状不足导致样品与培养基的接触不足。系统裁剪顺序为组件B能完成组件A功能。裁剪后的组件模型见图5。

方案为采用与培养皿底大小、形状一致的金属压片式涂布器代替三角涂布器，以一次按压代替来回涂布。此方法操作简便快捷，同时减少污染；按压能将样品均匀分散在培养基平板上，避免涂抹分散不均。方案的特点是高效、便捷。优点是使用方便，效率高，省时省力。（见图7）。

3.3 方案3—制备一种保水性好的琼脂

根据因果分析，放线菌分离效率低的原因是培养基含水量不足。

技术矛盾：改善的参数为物质的量；恶化的参数为形状。该方案应用的创新原理：物理或化学参数改变（35）。

方案为向琼脂加压或化学物质，增加琼脂的保水性或凝点，从而达到减少水分蒸发的目的。优点是改善高原地区分离放线菌的培养条件（湿度），利于放线菌的生长。

3.4 方案4—用实心的工程塑料材料作为超净台台面

根据因果分析，放线菌分离效率低的原因是样品在培养基上的分散度不足。一个原因是超净工作台台面由单薄的金属制成，易变形，培养基凝固后，平面发生倾斜。如果将超净台台面改为实心的金属，将增加重量。

技术矛盾：改善的参数为稳定性；恶化的参数为静止物体的重量。该方案应用的创新原理：复制（26）。

方案为采用实心的工程塑料代替金属台面。能够保证超净台的台面在较大压力下不变形，从而保证培养基的平整，也不会增加超净台的重量。优点是使放线菌能够更均匀地生长在平板上，便于后续分离操作，提高效率。

3.5 方案5—蜂窝状垫条

根据因果分析，放线菌分离效率低的原因是样品在培养基上的分散度不足。一个原因是超净工作台台面由单薄的金属制成，易变形，培养基凝固后，平面发生倾斜。如果将超净台台面改为实心的金属，将增加重量。

技术矛盾：改善的参数为稳定性；恶化的参数为静止物体的重量。该方案应用的创新原理：分割（1）。

方案为在超净台的台面下安装蜂窝状垫条，采用PVC材质，裁切方便，不易变形，具有缓冲作用，有效分解台面的重力，使整体支撑稳定性更好，见图8。优点是使放线菌能够更均匀的生长在平板上，便于后续分离操作，提高效率。

3.6 方案6—自动涂布器

根据因果分析，分散度不足的原因是样品与培养基的接触不充分。

技术矛盾：改善的参数为应力或压力；恶化的参数为形状。该方案应用的创新原理：动态特性（15）、曲率增加（14）。

方案为将涂布器分为驱动装置和动力装置，动力装置包含磁铁，驱动装置包含条形磁铁、电动机、电机轴等，将动力装置放入培养基，打开电动机，驱动装置里的电机轴带动磁铁作曲线运动，从而带动动力装置的磁铁作曲线运动，使得样品均匀分布于培养基上。优点是减少人为操作的步骤，降低污染几率，使样品均匀分散，提高分离效率。

3.7 方案7—取样-涂布一体式涂布器

3.7.1 建立物场模型

物场模型见图9。

3.7.2 标准解应用

2.1.1链式物场模型见图10。

方案为取样-涂布一体式涂布器。将涂布器改造为吸液-涂布一次操作式，并在前端增加多个均匀分布的出液孔。优点是减少繁复的操作，降低污染几率，节省成本。

3.8 方案8—增加恒湿、恒氧系统

3.8.1 建立物场模型

物场模型见图11。

3.8.2 标准解应用

用场F2来抵消有害作用见图12。

方案为增加恒湿、恒氧系统。优点是克服高原低氧低湿环境，利于放线菌生长。

4 结语

青藏高原气候环境恶劣，湿度低，传统的培养方法分离到的放线菌数量和种类都很少，笔者认为，采用蜂窝状垫条、取样-涂布一体式涂布器方案和制备保水性好的琼脂，三个方案联合应用，在分离过程中能最大程度地提高分离效率。蜂窝状垫条的应用，能使涂布面保持平整，样品更加均匀地分布，使不同菌群能在平面上分离开。取样-涂布一体式涂布器的应用，将分离操作过程简化，省时省力，提高效率。制备保水性好的琼脂，能够克服高原湿度较低、培养基很快变干而不利于长期培养的缺点。以上方案的运用，预计能提高放线菌分离效率20%以上。目前，能够从环境中分离到的放线菌不足环境中放线菌总量的1%，因此，以上策略产生的经济效益不可估量。

参考文献

[1] 创新方法研究会.创新方法教程（初级）[M].高等教育出版社，2012.

[2] 创新方法研究会.创新方法教程（中级）[M].高等教育出版社，2012.

[3] 创新方法研究会.创新方法教程（高级）[M].高等教育出版社，2012.

[4] 孙峰华，王亮申，顾九春.TRIZ研究的历史现状及前瞻[J].鲁东大学学报：自然科学版，2010，26（1）：79-86.

[5] 门艳玲.TRIZ理论解决技术问题的实践研究[J].创新科技，2016，196（6）：34-37.