[发明专利]一种用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法

权利要求书

1.一种用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：包括如下步骤和方法：

(1)对多元菌纳米溶液进行拉曼光谱测定，对得到的光谱进行预处理后，使用主成分分析、偏最小二乘判别分析或正交偏最小二乘判别分析中的至少一种进行分析，对多元菌纳米溶液进行鉴别；

(2)对多元菌纳米溶液进行拉曼光谱测定，对得到的光谱进行预处理后，使用偏最小二乘回归法或人工神经网络分析算法进行分析，对多元菌纳米溶液进行定量。

2.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的多元菌纳米溶液包括一种或两种以上的单一菌；所述的多元菌纳米溶液中单一菌的浓度均为10⁵-10⁷CFU/mL；所述的多元菌纳米溶液中多元菌的总浓度为10⁵-10⁷CFU/mL。

3.根据权利要求2所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的单一菌为大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、志贺氏菌、李斯特菌、副溶血性弧菌、铜绿假单胞菌或枯草芽孢杆菌中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的预处理步骤的方法为多元散射校正、标准正态变量、一阶导数、Savitzky-Golay平滑或行中心化中的至少一种；优选的，对得到的光谱进行标准正态变量处理后，使用正交偏最小二乘判别分析进行分析，对多元菌纳米溶液进行鉴别。

5.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的预处理步骤的方法为多元散射校正、标准正态变量、一阶导数、Savitzky-Golay平滑或行中心化中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的偏最小二乘回归法对光谱进行模型优化；所述的模型优化的方法为变量重要性投影、连续投影算法或竞争性自适应重加权采样法中的一种；所述的偏最小二乘回归法的模型评判参数为交叉验证均方根误差、均方根误差或相关系数中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的人工神经网络分析算法包括输入层、隐含层和输出层；所述的人工神经网络分析算法对隐藏层、学习率、隐藏节点数或训练回合数进行筛选来建立最优的人工神经网络定量模型；所述的隐藏层的层数为1-4层；所述的学习率为0.1、0.01、0.001或0.0001；所述的隐藏节点数为16、32或48；所述的训练回合数为100、200、300、400或500；所述的筛选的方法为热图分析法，通过绘制隐藏层与学习率和隐藏节点数与训练回合数的四维热图，通过热图颜色变化找到均方根误差最小的超参数值，来建立最优的人工神经网络定量分析模型。

8.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的光谱的数量大于200条，选取其中80％的光谱作为测试集样本，剩余光谱作为验证集样本用于建模分析；所述的光谱的分析处理范围为400-1800cm^-1；

所述的拉曼光谱测定的激发波长为633nm，功率为2-3mW，光谱采集时间为10-20s，光谱采集范围为50-3500cm^-1。

9.根据权利要求1所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的多元菌纳米溶液由包括如下步骤的方法制成：将纳米胶体溶液与多元菌溶液混合，将得到的混合液即刻滴加到金箔纸芯片上即成；所述的纳米胶体溶液与多元菌溶液的体积比为1：1；所述的纳米胶体溶液的浓度为0.02-1mM。

10.根据权利要求9所述的用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，其特征在于：所述的多元菌溶液由多元菌与无机盐溶液混合而成；所述的无机盐溶液的阳离子浓度为0.1-1mol/L；所述的无机盐溶液由至少一种氯化物溶液与至少一种磷酸盐溶液混合而成；所述的氯化物为氯化钠或氯化钾中的至少一种；所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的至少一种；

所述的多元菌溶液由包括如下步骤的方法制成：震荡培养多元菌，37℃条件下100-250r/min培养16-18小时，使用所述的无机盐溶液将得到的多元菌培养液在3000-5000r/min下洗涤5-15min，将洗涤后的多元菌溶液冷藏即成；

所述的纳米胶体溶液为纳米金、纳米银、纳米金核银壳合金、纳米银核金壳合金、纳米金核银壳硅最外壳合金或纳米银核金壳硅最外壳合金中的一种；所述的纳米胶体溶液中的纳米胶体的粒径为50-100nm。