[发明专利]溶液中颗粒鉴别的系统和方法

说明书

描述了检测溶液中污染物的方法及其应用。通常，将溶液打印到基板上，然后通过拉曼光谱成像，其可用于检测来自污染物的信号。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2019年10月25日提交的名称为“Systems andMethods of Particle Identification in Solution”的第62/926,271号美国临时专利申请的优先权。第62/926,271号美国临时专利申请的公开内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及溶液中颗粒鉴别的系统和方法；并且更具体地涉及结合光谱法以鉴别溶液中颗粒的系统和方法。

背景技术

拉曼光谱是一种利用光来确定分子振动模式的技术。基于检测到的振动模式，可以产生结构指纹，每个结构指纹对于成像的分子都是独特的。拉曼光谱为显微分析提供了几个优点。由于它是光散射技术，因此样品不需要固定或切片。可以从非常小的体积(直径1μm，深度10μm)中收集拉曼光谱；这些光谱可以识别存在于该体积中的物种。水通常不干扰拉曼光谱分析。因此，拉曼光谱适用于矿物、聚合物、生物细胞和生物分子的显微镜检查。

细菌感染的快速、准确鉴别和抗生素易感性测试对于改善患者预后、减缓感染性疾病的传播、遏制流行病和减轻抗生素的滥用是至关重要的。对于细菌性血流感染(BSI)尤其如此，其每年影响全球数千万患者，并且导致的死亡人数超过AIDS、乳腺癌和前列腺癌的总和。需要开发具有改进的速度、灵敏度和特异性的细菌性血流感染检测方法。

发明概述

根据本发明的各种实施方案的系统和方法使得能够在溶液中鉴别颗粒。许多实施方案提供了一种结合光谱法来鉴别溶液中的颗粒的方法。在许多实施方案中，可以检测环境样品的污染。在一些实施方案中，分析环境样品(在溶液中或稀释到溶液中)以检测污染物。可以分析的样品包括(但不限于)水源、废水、食物和土壤。待检测的污染物包括(但不限于)细菌杀虫剂、抗生素和微塑料。在一些实施方案中，可以分析各种塑料以鉴别聚合物类型，这在污染筛选或回收项目中可能是有用的。

几个实施方案利用光谱法实现病原体鉴别。一些实施方案将病原体检测、鉴别和抗生素易感性测试组合在一个步骤中。许多实施方案能够实现无培养和无标记病原体诊断和抗生素易感性测试。若干实施方案实施喷墨打印机以在溶液中制备样品用于光谱法。病原体的实例包括(但不限于)：细菌、病毒、真菌和微生物。光谱法的实例包括(但不限于)：拉曼光谱、吸收光谱、振动光谱。许多实施方案可以结合机器学习方法对病原体进行分类。若干实施方案可以鉴别细菌性血流感染(BSI)。一些实施方案诊断病原体的抗生素易感性。许多实施方案能够确定最小抑制浓度(MIC)。许多实施方案可以实现单细胞易感性以鉴别病原体。在几个实施方案中，鉴别病原体的时间可以从几天减少到几分钟。一些实施方案能够在不到1小时内鉴别溶液中的病原体。

本发明的一个实施方案包括鉴别样品中颗粒的方法，所述方法包括从来源获得样品；将所述样品与溶液混合；用打印机将所述混合样品溶液打印成微滴到基板上；用光谱法对所述基板成像；分析光谱并从所述光谱中鉴别颗粒特定特征。

在另一个实施方案中，样品是环境样品，来源是水源、废水、食物或土壤。

在另一个实施方案中，样品是从个体提取的生物样品，并且所述生物样品是血液、血浆、淋巴液、唾液、粘液、汗液、尿液、粪便或细胞溶液。

在又一个实施方案中，样品中的颗粒是细菌杀虫剂、抗生素或微塑料。

在又一个实施方案中，样品中的颗粒是病原体，并且所述病原体是细菌、病毒、真菌、微生物、酵母、循环肿瘤细胞、外泌体、细胞外囊泡或生物标志物。

在又一个实施方案中，所述溶液包含等离子体激元纳米粒子(plasmonicnanoparticl)。