用于识别有害制剂的多模式方法技术

本发明专利技术涉及通过对样品进行多模式光谱分析评估有害制剂在该样品中的存在的装置和方法。披露了对于样品中表现出表征有害制剂的一种或多种光学特性的实体采用拉曼光谱学的方法。还披露了适合实施所述方法的装置和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及拉曼光谱学领域。
技术介绍
有害的或用作武器的化学或生物制剂的有意和无意的开发，对公共福利造成了显著威胁，正像爆炸物和辐射材料那样。这些制剂威胁人类的健康和经济情况的健全程度，并且由这些制剂造成的威胁因为检测所述制剂和作出适当反应的有限能力而复杂化。生物武器制剂(BWA)和化学武器制剂(CWA)的大规模杀伤潜力被认为与核武器的杀伤潜力相当或者甚至更大。核武器具有影响有限区域的潜力，然而该潜力非常大，并且使用这样的武器的后果马上会显现。用BWA和CWA攻击的地理位置和边界不易于表现出来，并且可能难以在能作出有效反应的时间内识别。一旦释放出来，这些制剂可能悄无声息地并且未受抑制地传播到远离爆心投影点(ground zero)的人群。快速检测和定量化辐射(即使是极低水平)的技术可广泛地获得。不幸的是，用于检测类似水平的BWA和CWA的技术是不确定的，不能广泛地获得，并且在很多情况下，不是非常快速的。存在对用于及时检测和定量化BWA和CWA的装置和方法的显著需求。识别生物学病原体的常规方法包括诸如特异抗体，遗传学标记，和在培养基中繁殖的方法和制剂。其中的大部分方法是缓慢的，劳动密集型的，并且取决于高度专一的分子结构的检测。使用现代化生物技术方法，可能以某种方式改变很多人类病原体(其限制传统的检测方法)，提高它们的致病性，提高它们对常规治疗的抗性，或上述特性的某种组合。随着生物技术信息变得更广泛地易于获取，工程化的BWA构成了更大的威胁。用于检测BWA的常规工具因为这种知识的传播随着时间的推移可能变得越来效果越差。由于有意或无意地使用BWA和CWA的威胁越来越大，更加需要对能够快速和准确地在分子水平上检测(优选不接触它们)的工具。还需要这样的工具来帮助增加我们对这些制剂的生物学和化学性质以及它们对人体的潜在影响的理解。本专利技术满足了上述需求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种评估有害制剂在样品，如包括多种实体的样品中存在的方法。该方法包括评估所述实体的第一种光学性质，以便选择对其来说所述第一种光学性质(例如，吸收，荧光，衍射，偏振，或显微形态)表征所述有害制剂的实体。然后评估由所选的实体散射的拉曼位移辐射。由所选的实体所表现出的表征所述有害制剂的拉曼散射特性说明在所述样品中存在所述有害制剂。在一种实施方案中，由所选的实体散射的拉曼位移辐射仅在所选的实体还表现出表征所述有害制剂的第二种光学性质时评估。例如，可以评估样品中的实体，以便确定它们是否表现出表征所述有害制剂的显微形态和荧光特性。为了加快所述过程，可以仅对表现出表征所述有害制剂的显微形态的那些实体(例如，仅对表现出致病菌的特征形状的实体)进行荧光特性评估。对表现出两种特征性质的实体可选择拉曼散射分析，以便减少花费在更确定的、但通常更小的灵敏度的拉曼分析上的时间。本文披露的方法可用于评估多种有害制剂的存在。这些制剂的例子包括合成的有机化学物质，生物毒素，微生物(例如，细菌和原生动物)，和病毒。所述方法可以使用多种拉曼位移散射辐射收集系统进行。这种系统可能基于显宏镜(macroscope)、显微镜、内窥镜和光导纤维阵列的装置。本专利技术包括这样的装置和系统。附图说明本专利或申请文件包含用彩色绘制的至少一幅附图。带有彩色附图的该专利或专利申请的拷贝可以根据要求由官方提供，并且要支付必要的费用。图1是适用于本文所披露的多模式传感和检测系统的仪器(或多种配制的仪器)的示意图。图2是适用于本文所披露的系统中的BWA和CWA的多模式传感和检测的环境空气传感器的示意图。图3是表示本文所披露的多模式分析方法的一种实施方案的流程图，用于识别有威胁的实体，如BWA或CWA。图4包括图4A和4B。图4A是三种芽孢杆菌物质和吡啶二羧酸的拉曼光谱的曲线图。图4B是炭疽芽孢杆菌的显微图像。图5包括图5A，5B，5C，和5D。图5B是在样品的显微视场中多个实体的彩色图像。图5A表示通过分析存在于样品中的物质获得的拉曼光谱，所述样品在图5B所示的视场中进行成像。在图5A中，″S1″是克虏伯氏芽孢杆菌的拉曼光谱，对应在图5B和5C中用标记″1″表示的实体；″S2″是蛋白的拉曼光谱，对应在图5B中用标记″2″表示的实体；和″S3″是土曲霉孢子的拉曼光谱，对应在图5B和5D中用标记″3″表示的实体。图5C是表示在2950cm-1(±15cm-1)的RS值下检测的拉曼散射辐射的单色图像。图5D是表示在3050cm-1(±15cm-1)的RS值下检测的拉曼散射辐射的单色图像。图6包括图6A，6B，和6C，表示在短小芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合物中不同的芽孢杆菌物质的荧光光谱差异和识别。图6A和6B表示在不同的荧光波长下评估的所述混合物的同一视场的图像。图6C表示短小芽孢杆菌的荧光光谱特征(它在图6A中发出荧光)和枯草芽孢杆菌的荧光光谱特征(它在图6B中发出荧光)。图7包括图7A，7B，7C，7D，和7E，表示炭疽芽孢杆菌与生长培养基和福尔马林的混合物的单一视场的多模式分析。图7A是明视场光学反射显微图像。图7B是拉曼化学图像。图7C是所述视场的荧光图像。在彩色的图7D和7E中，图7A的明视场图像与图7B的拉曼化学图像组合(参见图7D)或与图7C的荧光图像组合(参见图7E)。图8包括图8A，8B，8C，和8D，表示将荧光感测技术应用在商业化显宏平台(CONDOR(TM)macro imaging system，ChemImageCorp.，Pittsburgh，PA)上，用于检测与信封外面的碳酸氢钠混合的克虏伯氏芽孢杆菌的孢子。图8A表示该实验的配置。图8B和8C表示克虏伯氏芽孢杆菌孢子本身的荧光图像(图8B)和信封上与碳酸氢钠混合的克虏伯氏芽孢杆菌的荧光图像(彩色图8C)。图8D表示碳酸氢钠(图8C和8D中的Pt1)，克虏伯氏芽孢杆菌孢子(图8C和8D中的Pt2)，和信封(图8C和8D中的Pt3)的荧光光谱特征。图9是在pH8.0的缓冲液中用FITC标记的山羊抗小鼠IgG的吸收和荧光发射光谱。图10示意性地表示根据本专利技术一种实施方案的装置。图11示意性地表示根据本专利技术另一种实施方案的装置。具体实施例方式本专利技术涉及评估有害制剂在样品中的存在的方法，特别是应用于当所述样品除了含有所述有害制剂以外的多种实体时(例如，瓦砾，烟灰，灰尘，非致病微生物，和动物毛屑)。从各种环境中收集的样品(例如，室内和室外环境空气样品，土壤样品，以及未知粉末)通常包括颗粒状实体，这些实体具有与有害制剂相同的某些特性，并且识别和/或定量化样品环境的有害制剂会由于在样品中所述实体的明显的相似性而明显复杂化和缓慢。在需要快速检测有害制剂的场合下，传统的快速显微和荧光分析方法通常表现出灵敏度不够，不能有效识别有害制剂和区分有害制剂和其他实体。拉曼光谱学可用于评估样品中所有实体的拉曼散射特性，以便识别表现出表征所述有害制剂的拉曼散射特性的实体。对于能够从拉曼散射特性辨别的信息的数量和类型来说，这些特性对于识别样品中的有害制剂通常具有很高的信息价值。不过，由于多种因素(例如，较弱的信号强度，背景荧光的频繁出现，以及拉曼散射分析设备的较慢的运行)，用于获得样品中所有候选实体的资料性拉曼散射信息所需要的时间可能超过了样品分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评估有害制剂在包括多种实体的样品中的存在的方法，该方法包括评估所述实体的第一种光学性质，以便选择对其来说所述第一种光学性质表征所述制剂的实体，然后评估由所选的实体散射的拉曼位移辐射，其中，由所选的实体所表现出的表征所述制剂的拉曼散射特性说明所述样品中存在所述制剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J奈斯，MP纳尔逊，P特里多，R施维策尔，
申请(专利权)人：化学影像公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]