[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

说明书

本发明提供了一种用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，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。本发明所述的表面增强拉曼光谱方法结合多元统计分析可快速实现对五种以上病原菌的判别分析；通过分别与偏最小二乘回归法、深度神经网络的结合，可同时快速对多元病原菌进行定量分析，具有分析速度快、灵敏度高等优势。

技术领域

本发明属于细菌检测领域，尤其是涉及一种用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法。

背景技术

食源性疾病是我国食品安全面临的主要公共卫生问题，许多由病原菌感染或污染引起的食源性疾病都危及生命，提高病原菌检测水平是预防这类疾病的重要途径。在实际微生物污染中，往往不局限于单一病原菌，而是呈现多种病原菌混合污染的复杂局面。因此，亟需开发快速无损的多种病原菌的检测方法以有效控制细菌污染。然而，现有的微生物检测大多依赖于培养法，这种方法检测与鉴定时间较长，往往需要24-72h。此外，聚合酶链式反应与酶联免疫吸附技术在多元菌的同时检测中取得了一些成果，但是仍存在检测灵敏度与干扰性的问题。近年来，基于光学的检测技术在病原菌的检测应用中取得了良好的成果，并且与多元统计分析以及深度学习算法的结合，可以提高对数据处理的通量和分析的准确性，在多元菌的鉴别和检测分析中有良好的应用前景。

表面增强拉曼光谱散射(SERS)技术是一种基于金属表面的等离子体共振激发活性基底的局域电场产生“热点”，从而使拉曼信号大大增强的光谱分析技术，因此活性金属基底的选择对SERS的产生至关重要。纳米溶胶基底制备方法成熟，使用场景灵活方便，便于大多数场景的快速检测。当病原菌与金属纳米溶胶接触后，产生的热运动使得纳米溶胶发生一定程度的聚集而形成SERS“热点”，从而便于病原菌的高灵敏检测。目前，使用多元统计分析方法驱动的SERS技术在多元菌的鉴别检测方面有一些应用，但是操作方法还比较繁琐，而在多元混合菌的鉴别分析及同时定量检测方面还鲜有应用。

发明内容

有鉴于此，针对混合细菌污染的实际样本中细菌含量多、定量检测难度大等问题，本发明提出一种适用于多元细菌同步鉴别和灵敏检测的表面增强拉曼光谱方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种用于鉴别与定量多元细菌的表面增强拉曼光谱方法，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。

进一步，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。(所述的多元菌为两种以上的单一菌)

进一步，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、李斯特氏菌、副溶血性弧菌、铜绿假单胞菌或枯草芽孢杆菌中的至少一种。

进一步，所述的步骤(1)中的预处理步骤的方法为多元散射校正(MSC)、标准正态变量(SNV)、一阶导数(1-D)、Savitzky-Golay平滑(S-G)或行中心化(RC)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。