一种病原微生物的快速检测方法和系统技术方案

一种病原微生物的快速检测方法和系统，通过建立标准病原微生物拉曼光谱数据库，对待鉴别的样品前处理，利用微流控芯片分离出单细胞，进而采集拉曼图谱，利用人工智能辅助系统自动比对，实现病原微生物鉴别。与现有方法相比，本发明专利技术专利具有操作简单、快速、准确、无需培养等优势，能够实现病原微生物的快速鉴别。能够实现病原微生物的快速鉴别。

【技术实现步骤摘要】
一种病原微生物的快速检测方法和系统


[0001]本专利技术属于病原微生物检测
，尤其是涉及一种利用拉曼光谱快速鉴别病原微生物的方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是一种散射光谱，是光照射到物质上产生的非弹性散射，这种非弹性散射改变了入射光子的频率。而拉曼位移是拉曼散射光和瑞利光的频率之差，取决于生物分子的振动和转动频率，与生物分子的化学键、官能团等相关。因此，拉曼光谱为每一种物质所特有的指纹谱。
[0003]临床常规病原菌鉴定和药敏试验依赖于细菌培养的鉴定方法，该方法检测结果准确，但操作繁琐，检测周期超过24小时；以分子生物学为基础的鉴定方法如实时荧光PCR，提高了检测效率，但仍存假阳性和无法区分病原菌生存状态等不足；新型质谱诊断技术简便快速，但其检测尚依赖于细菌培养，检测灵敏度有待提高。

技术实现思路

[0004]拉曼光谱检测可探测到单个细菌的拉曼信号，实现不需要培养快速鉴定病原微生物种属。本专利技术的目是提供一种利用拉曼光谱快速检测病原微生物的方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种病原微生物的快速检测方法和系统，包括以下步骤：S1.使用拉曼光谱仪采集已知的病原微生物光谱，提取特征和标签，根据特征和标签，基于机器学习算法构建模型，不断对模型进行训练测试，获得并不断更新标准病原微生物拉曼光谱数据库；S2.样品前处理对经过待鉴别样品预处理后得到的混合菌液，通过振荡、磁力搅拌或离心制备重悬液；S3.制备单细胞液滴将重悬液上样，经过微流控芯片，产生单细胞液滴；S4.采集拉曼光谱使用拉曼光谱仪，采集微流控芯片中单细胞液滴拉曼光谱；S5.拉曼光谱预处理对采集到的拉曼光谱进行去宇宙射线、去背底、平滑降噪和归一化处理；S6.病原微生物鉴别通过人工智能辅助系统，将得到的拉曼光谱与标准病原微生物拉曼光谱数据库比对，实现病原微生物鉴别。
[0006]其中：步骤S1所述标准病原微生物拉曼光谱数据库的建立，对于每种病原微生物，采样
100个以上，记录其峰值区间、特征值等标签。
[0007]步骤S2所述的待鉴别样品，包括血液、尿液、痰液、唾液，经预处理后得到的混合菌液。
[0008]步骤S3所述的微流控芯片，材质为石英材质、玻璃材质、氟化钙材质，可在拉曼光谱仪下直接观测。
[0009]步骤S4所述的拉曼光谱仪，采用使用532nm激光器，激光功率设置为100mW，采样时间2
‑
5s，设置图谱采集范围包括细胞的指纹区图谱500～3500cm
‑1。
[0010]步骤S6中，因不同病原微生物的拉曼光谱峰位置、峰强度差异显著，利用组成分分析（principal component analysis, PCA）、偏最小二乘法判别分析（latent structure discriminant analysis classification, PLS
‑
DA）、层次聚类分析（Hierarchical clustering analysis, HCA）等方法可区分不同属、不同种病原菌的拉曼光谱，此过程通过人工智能辅助系统，自动识别。
[0011]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.由于采用非接触式的拉曼光谱检测技术，具有无创、无标记、简便、快速等优势，其在临床检测上面极具应用前景。
[0012]2. 通过使用多元统计分析与机器深度学习方法，可以使相关的疾病诊断更为快速，精准。
附图说明
[0013]为了本专利技术目的、内容更加清楚，下面附图对本专利技术进行描述。
[0014]图1为标准病原微生物拉曼光谱数据库建库流程图；图2为待鉴别样本进行病原微生物检测流程图。
具体实施方式
[0015]本专利技术提供一种病原微生物的快速检测方法和系统，首先建立标准病原微生物拉曼光谱数据库，对待鉴别的样品进行前处理，对处理后的样品进行微流控上样，产生单细胞液滴，对单细胞液滴进行拉曼图谱采集，对采集到的拉曼图谱进行去宇宙射线、去背底、平滑降噪和归一化处理，借助人工智能辅助系统与标准病原微生物拉曼光谱数据库进行比对，实现病原微生物鉴别。
[0016]实施例1标准病原微生物拉曼光谱数据库的建立选取常见病原微生物：5株金黄色葡萄球菌29213、5株金黄色葡萄球菌25923、5株白色念珠菌、5株蜡状芽孢杆菌、5株大肠杆菌、5株铜绿假单胞菌，以上标准菌株来自西南医院检验科。将菌株稀释液上样微流控芯片，得到菌株单细胞液滴，进行拉曼光谱检测。使用RTSmini
‑
MS532
‑
SMS光纤共聚焦拉曼显微系统，利用532nm激光器，光栅1800g/mm，激光功率100mW，采样时间2
‑
5s。每株菌采样20个细胞。对取得的拉曼光谱进行统一去噪、归一化处理，确定不同病原微生物的特异峰，不同属病原微生物主要差异变量位于647
‑
656 cm
‑1、721
‑
735 cm
‑1、1316
‑
1322 cm
‑1、1618
‑
1626 cm
‑1等拉曼位移处，金黄色葡萄球菌的差异特征主要分布在729
‑
735 cm
‑1和1319
‑
1335 cm ‑1位移处。采用机器学习算法，建立标准病原微
生物拉曼光谱数据库，随机选取将之前采样的光谱代入测试，正确率100%实施例2取10ml尿液，用孔径为0.22μm滤膜过滤，取0.5ml过滤后尿液，上样微流控芯片，对微流控芯片分离的出的单细胞液滴，进行拉曼光谱检测。使用RTSmini
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MS532
‑
SMS光纤共聚焦拉曼显微系统，利用532nm激光器，光栅1800g/mm，激光功率100mW，采样时间2
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5s。对取得的拉曼光谱进行去噪、归一化处理。采样结果，通过人工智能辅助识别系统，与标准病原微生物拉曼光谱数据库比对。比对结果，该尿液中存在大肠杆菌的概率为95%。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种病原微生物的快速检测方法和系统，其特征在于，包括以下步骤：S1.使用拉曼光谱仪采集已知的病原微生物光谱，提取特征和标签，根据特征和标签，基于机器学习算法构建模型，不断对模型进行训练测试，获得并不断更新标准病原微生物拉曼光谱数据库；S2.样品前处理对经过待鉴别样品预处理后得到的混合菌液，通过振荡、磁力搅拌或离心制备重悬液；S3.制备单细胞液滴将重悬液上样，经过微流控芯片，产生单细胞液滴；S4.采集拉曼光谱使用拉曼光谱仪，采集微流控芯片中单细胞液滴拉曼光谱；S5.拉曼光谱预处理对采集到的拉曼光谱进行去宇宙射线、去背底、平滑降噪和归一化处理；S6.病原微生物鉴别通过人工智能辅助系统，将得到的拉曼光谱与标准病原微生物拉曼光谱数据库比对，实现病原微生物鉴别。2.根据权利1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，对于每种病原微生物，采样100个以上，记录其峰值区间等特征和标签。3.根据权利1所述的方法，其特征在于，在步骤S2所述的待鉴别样品，包括血液、尿液、痰液、唾液，经预处理后得到的混合菌液。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘启志，刘思奇，
申请(专利权)人：苏州纳米大健康研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：