用于检测存在的生物物质并使其成像的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于检测非生命表面上的生物物质的方法和设备，其中使样品与能够激发各种内在荧光团接触且这些荧光团发射可以测定的荧光的特定能量的电磁射线。由于要求来自生物物质的内在荧光团和由内在荧光团产生的信号强度落入预计的范围，因此从荧光信号中除去背景、散射激发光和反射激发光的信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测、鉴别表面上存在的生物物质(血液、精液、尿、唾液、痰等)并使其成像的方法和设备。
技术介绍
内在荧光团因其高灵敏度、实时反馈、无样品接触和快速扫描大面积的能力而充分适合于检测生物物质。此外，它不需要可以破坏、改变或污染样品的试剂。由于荧光发射强度(表示存在生物物质的检测信号)与激发强度成正比，所以可以通过使用高能照明观察弱信号。(同样通过激发光源的能量输出测定可以检验的面积)。由于存在下列显示出内在荧光的广泛和高浓度的生物成分，因此能够检测生物物质NAD[P]H和其它还原吡啶核苷酸(RPN)、2，4-二氧四氢蝶啶类、蝶呤类、黄素蛋白和其它次生代谢物。核酸聚合物(DNA/RNA)、蛋白质和各种脂类显示出高能荧光，由此使这些标记能够用于检测指纹。在尿中发现了荧光代谢分解产物。血液的血红素成分(新鲜的和氧化的)以及干燥的精液也显示出独特的荧光类型。可以鉴别生物物质内在荧光发射差异。由于许多生物物质显示出类似或不可辨别的成分，所以用以荧光成分激发为特征的多能量同时激发样品且随后采集并检测发射、反射和散射的光能(分别与所述荧光团有关和无关)是用本文所述方法检测表面上的生物物质的基础。因两个原因而可以通过上述方法更可靠地对实际许多样品表面上的生物物质进行检测。首先，由多激发能量同时激发生物物质(或用单一能量依次激发)，随即同时检测大量荧光信号，这减少了干扰的机会，这是因为使大量荧光团特征加倍的干扰源出现的可能性极小。其次，已经发现相应量内在代谢物和由此产生的荧光信号属于生物上可测定的范围。使用能够进行两种步骤的方法分析信号(1)使来源于存在的任意生物物质中的检测到的荧光信号与干扰或背景信号和/或散射激发信号分离；和(2)要求来自不同荧光成分的信号强度落在预计范围内。因此，检测生物物质的基础由下列步骤组成第一步，用以生物物质内在荧光团为特征的多激发能量同时或依次激发样品；第二步，随后采集大量各自的荧光信号(与这些激发荧光团的最大和最小发射有关)；最终用能够除去背景荧光(既不是来源于生物物质的荧光成分、反射激发光、也不是来源于散射的反射光的信号)、反射激发信号和散射激发信号并比较预计范围的相对荧光信号数量的方法分析采集的信号。长期建立的用于从表面采集生物物质的技术和方法包括直接用拭子或胶带取样和/或在用试剂处理后显色。通常用于使潜在的生物物质显色的试剂可以破坏、改变或污染样品。由于本专利技术使用了来自生物物质的多个内在荧光团与分析因这些荧光团产生的信号的相对量相结合进行检测，所以不仅可以测定存在的生物物质，而且能够区分不同类型的生物物质。本文所公开的专利技术不使用试剂、不需要与样品进行物理性接触且提供‘实时’结果。用于检测特定法医学生物物质的方法包括使用抗体(美国专利US6,605,705)、与酶和底物偶联的抗体(美国专利US6,696,569)和应用荧光染料的带状试验中的抗体(美国专利US 6,686,167)。其它方法在添加染料后利用使DNA、蛋白质或其它生物物质显色的荧光(美国专利US 6,512,236)。将光源用于照明并通过使用具有高能激发光源(美国专利RE37,136)的荧光和成像方法(美国专利US 6,392,238和US 6,636,701)检测生物物质。在授权的Powers和Lloyd的美国专利申请10/054,419(引入本文作为参考)中公开了用于检测非生命表面和样品上的微生物的方法和设备，其中使样品接触能够激发来自各种代谢物、辅因子以及细胞和孢子成分的荧光的许多特定能量的电磁射线。因此，其中含有的待取样的微生物细胞和孢子(更具体的说是激发的代谢物、辅因子和其它细胞、病毒和/或孢子成分)发射可以测定的荧光。用能够(1)除去任何背景或反射/散射激发信号和(2)将代谢物、辅因子和孢子成分的相对荧光信号与已知的生理范围值比较的方法分析采集的荧光信号(与发射自细胞/病毒/孢子成分的信号的最大值和/或最小值相关)。尽管Powers和Lloyd的上述专利申请取决于同时激发多种微生物成分，但是本专利技术使用同时或依次激发与生物物质相关的多个荧光团与扣除因散射和/或反射激发能产生的检测信号的算法的结合方法。这种在设计和方法上的差异使得本专利技术能够比其它荧光法更好地检测和辨别非生命表面上的各种生物物质。本专利技术在检测生物物质方面占优势，这是因为检测多个内在荧光团减少了因背景干扰产生的假阳性结果的可能性。使用上述方法和设备检测生物物质将应用于犯罪现场的证据采集、灭菌的检验、清洁过程、食品生产和制剂安全性的验证以及以公共基础设施设备的检测、净化和保护为工作的紧急反应组。执法机构和犯罪实验室在检测和鉴定犯罪现场和证据基体(表面类型)上的生物样品的能力方面受到严重限制。许多机构实际上依赖于目测或触摸来证实可疑生物证据的存在。这些局限的影响在下列危害因素中显现出来有价值的证据样品没有得到注意；采集并分析无价值的样品；可使用的证据样品受到污染；强化技术破坏或改变了证据样品；有害样品被不适当地采集和包装；犯罪现场人员与生物有害物进行物理性接触；犯罪现场人员接触有害环境；搜索和检验程序耗时；和耗费机构和/或实验室资源。证据反应组和第一批响应者因频繁接触现场、受害人和可能含有生物液体的其它证据也首先处于危险中。这些警官通常在证据最少受到污染时到达犯罪现场时，然而他们(1)缺乏找出可疑生物液体的技术且(2)不能在实际条件下或原始位置上捕捉液体图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供应用于检测、鉴定生物证据并使其成像的方法和设备。本专利技术的另一个目的是提供应用于检测食品表面上生物污染物的方法和设备，其中通过电磁射线激发生物物质荧光成分的荧光以便区分多种生物物质种类，从而使食品表面上的污染物得到测定而不接触所述表面。因此，本专利技术的还一个目的是提供可以用于检验清洁过程的方法和设备。作为本专利技术的具体目的，可以将该方法和设备用于低廉和快速地发现例如保健用具、旅馆房间和公共建筑中的生物物质污染。本专利技术的目的在于生物物质的检测方法和设备，其中使样品接触能够从各种内在荧光团中激发荧光的许多特定能量的电磁射线。因此，其中含有待取样的生物物质(更具体的说是激发的荧光成分)发射可以测定的荧光。用能够(1)除去任何背景或反射的/散射的激发信号和(2)将代谢物、辅因子和孢子成分的相对荧光信号与预计的范围比较的方法分析采集的荧光信号(与发射自生物物质成分的信号的最小值和/或最大值相关)。因此，本专利技术的方法和设备提供了低廉而快速的方式，其中扫描表面以检测存在的生物物质而不接触样品物质。能够在不接触的情况下评价表面上的生物物质，从而减少了引入样品污染和人员接触的危害。按照本专利技术的这种形式，通常需要使用发射200nm以上电磁射线的光源。按照本专利技术的这种形式，由该光源发射的光对特别激发下列生物物质的能量的电磁射线而言是特定的或经过滤后通过这种能量的电磁射线NAD[P]H和其它还原吡啶核苷酸(RPN)、2，4-二氧四氢蝶啶类、蝶呤类、黄素蛋白、核酸聚合物(DNA/RNA)、蛋白质、各种脂类、尿中的代谢分解产物、血液的血红素成分(新鲜的和氧化的)以及精液和其它生物液体中的荧光团。按照本专利技术的另一个实施方案，能够且有时需要使紫外线能量(波长为200-300nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物物质的检测和鉴别方法，包括下列步骤：ａ．激发至少一种具有２００ｎｍ以上特定激发范围的电磁射线波长的内在生物荧光团；由此激发生物物质中所述内在荧光团发射荧光；和ｂ．检测与内在荧光最小值和最大值相关的信号强度；和ｃ． 在没有激发的情况下检测内在荧光最小值和最大值处的背景强度；和ｄ．使用适宜算法根据扣除背景的最小值的强度计算荧光最大值处的反射和散射强度；和ｅ．从检测的生物荧光信号中扣除计算的反射和散射信号强度和测定的背景强度；由此通过已经扣 除产生的背景、反射和散射的检测荧光的数量确定所述物质的量。

【技术特征摘要】
US 2004-4-2 10/817,6471.生物物质的检测和鉴别方法，包括下列步骤a.激发至少一种具有200nm以上特定激发范围的电磁射线波长的内在生物荧光团；由此激发生物物质中所述内在荧光团发射荧光；和b.检测与内在荧光最小值和最大值相关的信号强度；和c.在没有激发的情况下检测内在荧光最小值和最大值处的背景强度；和d.使用适宜算法根据扣除背景的最小值的强度计算荧光最大值处的反射和散射强度；和e.从检测的生物荧光信号中扣除计算的反射和散射信号强度和测定的背景强度；由此通过已经扣除产生的背景、反射和散射的检测荧光的数量确定所述物质的量。2.如权利要求1中所述方法，其中测定已经扣除了测定的背景和计算的反射和散射的多个荧光信号强度的比例；由此对生物物质之间的鉴别取决于对背景、散射和反射校正的荧光信号的比例属于特定范围和根据其比例属于所述预计范围的所述检测信号的数量测定的物质的量的要求。3.如权利要求1中所述方法，其中所述生物内在荧光选自在320-360、380-460、430-480、420-510、430-540、480-570、630-700、760-840和860-930nm区内发荧光的组。4.生物物质的检测和鉴别方法，包括下列步骤a.用具有200-300nm激发波长的紫外电磁射线激发多个内在生物荧光团；由此激发任何生物物质中存在的内在荧光团发射荧光；它们中的某些被自我吸收以便激发其它内在荧光团依次发射荧光；和b.检测与内在荧光最小值和最大值相关的荧光信号强度；和c.在没有激发的情况下检测内在荧光最小值和最大值处的背景强度；和d.使用适宜算法根据扣除背景的最小值的强度计算荧光最大值处的反射和散射强度；和e.从检测的生物荧光信号中扣除计算的反射和散射信号强度和测定的背景信号强度；和f.确定已经扣除产生的背景、反射和散射的检测的荧光信号的比例属于预计的范围，由此根据已经扣除背景、反射和散射的、比例属于预计范围的检测荧光信号的数量确定生物物质的量。5.如权利要求4所述方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：LS鲍尔斯，CR洛伊德，
申请(专利权)人：微生物系统有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]