【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于细胞活性检测领域，具体涉及一种基于光散射的细菌活性检测方法。
技术介绍
1、细菌是微生物中重要的一类，它们对人类健康有着复杂的影响，既包括有益的，也包括有害的。大多数细菌在人类的日常生活和身体健康中都发挥着积极的作用，如乳酸菌等；但也有一些细菌可以引起多种疾病和感染，对人类健康造成威胁。因此，细菌活性检测在许多领域都具有重要的应用价值，例如在食品工业、制药业、环境监测、生物医学研究等。
2、传统的细菌活性检测方法为细菌培养法，通常包括细菌培养、细胞计数等步骤，该方法只能检测活菌数量，检测时间过长，一般需要一天至几天，很多研究已经表明，培养法仅仅能检测到自然环境中不到1％的微生物，无法对处于“活的但又不可培养”(viable butnon-culturable，vbnc)的状态的细菌和死细菌进行检测。目前常见的细菌活性检测方法有荧光染色法、酶联免疫法、流式细胞术等，这些方法与培养法相比缩短了检测时间，其中荧光染色法利用荧光染料选择性地标记活细胞和死细胞，使其发出不同颜色的荧光信号，从而实现对细菌活性的检测，其需要针对细菌种类选择合适的荧光染料，操作过程需要一定的技术水平和实验设备，依赖专业人员，另外，检测过程也容易对细菌造成伤害；酶联免疫法是利用特异性抗体对细菌或其代谢产物具有的高度选择性，可以实现对目标细菌的准确检测，其需要制备特异性抗体，检测过程可能存在与其他物质的交叉反应，导致假阳性结果；流式细胞术可以进行高通量分析，同时测量多个参数，但其需要昂贵的流式细胞仪设备和技术支持，样品需要特殊处理，对样品
3、因此，开发一种简便、快速且无损的细菌活性检测方法具有重要的实际意义。这种检测方法应该能够快速准确地测量细菌的活性，同时不会对细菌产生损伤，以便进行长时间监测。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的不足，本专利技术基于光散射的细菌活性检测方法提供了一种简便、快速且无损的检测方法。通过寻找光散射信号与细菌活性之间的关联，建立关系式，测量光散射信号的变化，就可以得出细菌活性的信息。这种方法不需要培养细菌，也不需要使用特殊的仪器和试剂。它可以在短时间内完成测量，而且不会对细菌产生损伤，因此可以用于长时间监测细菌溶液活性的变化。克服了传统培养法、荧光染色法、酶联免疫法、流式细胞术等方法中操作复杂、耗时且可能损伤细菌、无法长时间测量等不足。
2、本专利技术的技术方案实现了细菌活性的光学检测。主要基于专利技术人发现活细菌与死细菌之间存在一些明显运动差异，如活细菌在溶液中做较为快速的游动，而死细菌在溶液中做布朗运动，运动速度的不同，反应在散射光自相关函数的衰减率不同。从而可以利用该特点构建衰减率与细菌活性之间的关系，如衰减率与细菌活性之间呈现正比关系，实现细菌活性的光学检测。
3、本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
4、一种基于光散射的细菌活性检测方法，包括以下步骤：
5、1)将一系列细菌活性不同而细菌总浓度相同的标准细菌溶液分别测得散射光信号，通过信号自相关处理和数据分析，得到一系列衰减率；
6、2)建立衰减率与细菌活性的标准曲线；
7、3)将待测细菌溶液按照步骤1)进行操作，测得散射光信号，通过信号自相关处理和数据分析，获得衰减率，再根据标准曲线计算待测细菌溶液中细菌活性。
8、进一步地，所述散射光信号通过光散射装置测定；所述光散射装置包括：入射光源1、第一透镜2、样品瓶3、温控样品台4、第二透镜5、光纤6、光电探测器7和信号处理器8。
9、更进一步地，所述入射光源、第一透镜依次放置于所述样品瓶的一侧，且所述入射光源的中心、所述第一透镜的中心位于同一轴线。
10、更进一步地，所述入射光源经所述第一透镜汇聚垂直射入所述样品瓶。
11、更进一步地，所述温控样品台包括底座和控温模块，控温模块顶部留有放入样品瓶的入口，成直角的两侧分别留有入射光射入口、散射光射出口，剩余部分起控温作用，用于提供细菌生存最佳温度。
12、更进一步地，所述光纤、所述第二透镜的中心与所述样品瓶位于同一轴线，且与所述入射光源的中心、所述第一透镜的中心所在轴线垂直。
13、更进一步地，样品散射的光经所述第二透镜汇聚射入所述光纤，所述光纤用于接收散射光强。
14、更进一步地，所述光电探测器与所述光纤进行连接，用于接收所述光纤传输的光信号，将所述光信号转为电信号。
15、更进一步地，所述信号处理器用于接收所述光电探测器转换的电信号并拟合得到散射光的光强自相关函数，根据所述光强自相关函数计算衰减率；根据步骤1)所述标准细菌溶液的衰减率与步骤(1)已知的标准细菌溶液的细菌活性建立标准曲线；将步骤(3)所述待测细菌溶液的衰减率和步骤(2)建立的衰减率与细菌活性的标准曲线进行比对，进而输出细菌溶液的活性信息。
16、更进一步地，所述样品瓶经过无菌处理，用于添加样品；所述样品瓶无菌处理方式包括紫外线杀菌或高温高压灭菌。
17、更进一步地，所述样品瓶置于所述温控样品台中，温度依据不同细菌种类调至细菌最佳生存温度，测量过程保持恒温状态。
18、进一步地，所述信号自相关处理和数据分析，包括信号处理器对光电探测器转换的电信号u(t)做自相关运算得到散射光光强自相关函数：
19、g(2)(τ)＝<u(t)u(t-τ)>，
20、其中，t为输出电信号的时刻，τ为延迟时间，u(t)为光电转换器t时刻输出的电信号，u(t-τ)为(t-τ)时刻输出的电信号，<>表示对时间求平均值；实验中可测得到散射光强度随时间的变化，称为光信号,再由光电探测器将光信号转换为电信号u(t)，两者都是可获得的信号。
21、将散射光光强自相关函数g(2)(τ)进行归一化，得到归一化光强自相关函数：
22、其中γ为衰减率。
23、通过上述式子可知，获取散射光归一化光强自相关函数后，再利用反演运算即可求得衰减率γ，而衰减率γ与溶液中的细菌运动有关，较大的衰减率对应较多的活细菌运动，而较小的衰减率则对应较少的活细菌运动，以此提前建立好衰减率与活性的关系曲线，可以实现细菌活性的快速测量。
24、进一步地，所述衰减率γ与细菌活性v的标准曲线，在光散射装置参数一定的情况下，呈现线性关系：γ＝k*v+b，其中，k为比例系数，与细菌种类、尺寸有关，b称为基数值，为测量细菌的死菌溶液在光散射装置中多次测量求得的平均衰减率值。在测量前，先通过光散射装置获取待测种类细菌的衰减率与细菌活性线性关系式，储存与信号处理器中，在测量待测样溶液时，只需要通过光散射装置测到衰减率γ本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，步骤(1)中所述散射光信号通过光散射装置测定；所述光散射装置包括：入射光源、第一透镜、样品瓶、温控样品台、第二透镜、光纤、光电探测器和信号处理器。
3.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述入射光源、第一透镜依次放置于所述样品瓶的一侧，所述入射光源的中心、所述第一透镜的中心位于同一轴线；所述入射光源经第一透镜汇聚垂直射入样品瓶。
4.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述温控样品台包括底座和控温模块，控温模块顶部留有放入样品瓶的入口，成直角的两侧分别留有入射光射入口、散射光射出口，剩余部分有控温作用，用于提供细菌生存最佳温度。
5.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述光纤、第二透镜的中心与所述样品瓶位于同一轴线，且垂直于所述入射光源的中心及所述第一透镜的中心所在轴线。
6.根据权利要求2所述
7.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述信号处理器用于接收所述光电探测器转换的电信号并拟合得到散射光的光强自相关函数，根据所述光强自相关函数计算衰减率；根据步骤1)所述标准细菌溶液的衰减率与步骤(1)已知的标准细菌溶液的细菌活性建立标准曲线；将步骤(3)所述待测细菌溶液的衰减率和步骤(2)建立的衰减率与细菌活性的标准曲线进行比对，进而输出细菌溶液的活性信息。
8.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述样品瓶经过无菌处理，用于添加样品；所述样品瓶的无菌处理方式包括紫外线杀菌或高温高压灭菌；所述样品瓶置于所述温控样品台中，温度依据不同细菌种类调至细菌最佳生存温度，测量过程保持恒温状态。
9.根据权利要求1所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述信号自相关处理和数据分析，包括信号处理器对光电探测器转换的电信号U(t)做自相关运算得到散射光光强自相关函数：
10.根据权利要求9所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述衰减率Γ与细菌活性V呈线性关系：Γ＝k*V+b，其中，k为比例系数，与细菌种类、尺寸有关，b称为基数值，为测量细菌的死菌溶液在光散射装置中多次测量求得的平均衰减率值。在测量前，先通过光散射装置获取待测种类细菌的衰减率与细菌活性线性关系式，储存于信号处理器中，在测量待测样溶液时，只需要通过光散射装置测到衰减率Γ，再通过V＝1/k(Γ-b)×100％获得细菌活性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，步骤(1)中所述散射光信号通过光散射装置测定；所述光散射装置包括：入射光源、第一透镜、样品瓶、温控样品台、第二透镜、光纤、光电探测器和信号处理器。
3.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述入射光源、第一透镜依次放置于所述样品瓶的一侧，所述入射光源的中心、所述第一透镜的中心位于同一轴线；所述入射光源经第一透镜汇聚垂直射入样品瓶。
4.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述温控样品台包括底座和控温模块，控温模块顶部留有放入样品瓶的入口，成直角的两侧分别留有入射光射入口、散射光射出口，剩余部分有控温作用，用于提供细菌生存最佳温度。
5.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，所述光纤、第二透镜的中心与所述样品瓶位于同一轴线，且垂直于所述入射光源的中心及所述第一透镜的中心所在轴线。
6.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测方法，其特征在于，通过样品散射的光经所述第二透镜汇聚射入所述光纤，所述光纤用于接收散射光强；所述光电探测器与所述光纤进行连接，用于接收所述光纤传输的光信号，将光信号转为电信号。
7.根据权利要求2所述的一种基于光散射的细菌活性检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏，陈嘉珍，彭力，邱健，刘冬梅，骆开庆，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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