[發明專利]一種病原體快速檢測器及其檢測方法

有效

• 申請號: 201910096728.1
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109813683B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉賓;何農躍;李智洋;王志飛;王煒;王惠琳;徐靜怡;王天穎
• 申請（專利權）人: 南京醫科大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

本發明公開了一種病原體快速檢測器及其檢測方法，包括：將制備的未知細菌樣品置于系統內，當細菌顆粒通過聚焦的激光束，光被樣品吸收，同時也會產生折射和散射。通過光傳感器獲取散射光強度信號，并基于時域功率譜提取特征。不同的病原體根據其大小、形狀和形態呈現出不同的特征分布。使用提取的特征進行支持向量機(SVM)分類器建模，對糞腸球菌，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌三種細菌進行分類訓練，平均檢測準確率分別為98.8％,79.65％和82.3％。結果表明，本發明方法在病原體檢測中有著顯著的效果，具有對病原體進行快速和無標記檢測的潛力。

技術領域

本發明涉及一種病原體檢測器及其檢測方法，尤其是一種基于MIE光散射和機器學習的病原體檢測器及其檢測方法。

背景技術

提供衛生食品和飲用水是健康生命的必需品和基礎，然而目前，這仍是具有挑戰性的。在美國每年有超過200種已知的疾病通過食物傳播，在7500多萬已報道的病例中更是包含8000多死亡案例[1]。食物中毒是由于不衛生的食物引起的，而細菌是引起食物不衛生的原因之一。食源性病原體已成為對公眾健康構成威脅的常見原因。

類腸球菌是低等病原體，但它們對用于絕大多數抗生素具有固有耐藥性，僅有少數抗生素對它們有效，可用于臨床治療[2，3]。大腸桿菌可導致腹瀉和溶血性尿毒綜合癥，其特殊特性還會導致腸道外感染，這不是引起人類疾病常見的原因。金黃色葡萄球菌可引起輕微的皮膚感染乃至威脅生命的疾病，一些菌株會產生誘發食物中毒的腸毒素[6]。由于病原體的不良影響和較強的抗藥性，早期發現病原體可降低其在環境中的存在和污染。因此，病原體檢測在醫療和食品安全領域發揮著重要的作用。[7]

傳統的病原體檢測方法是利用顯微鏡對在培養基里的病原體進行原位或離體目測。傳統方法比較繁瑣，耗時較長，在種和株水平上的特異性和鑒別性較差。現代檢測病原體和診斷疾病的技術有多種，例如聚合酶鏈反應(PCR)，酶聯免疫吸附試驗(ELISA)，聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)，熒光原位雜交(FISH)，限制性片段長度多態性分析 (RFLP)，氣相色譜-質譜(GC-MS)和基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜 (MALDI-TOF)。

PCR不允許核酸定位，并且需要設計引物，這限制了快速檢測。ELISA具有較低的靈敏度并且涉及一些費力的步驟。PAGE僅適用于檢測中型到大型微生物。FISH依賴于熒光顯微鏡和圖像分析系統[8]。RFLP緩慢而繁瑣，它需要大量的樣本DNA。 GC-MS具有生物降解和hopane分布的局限性。MALDI-TOF具有低分析靈敏度并且對種相關的細菌如志賀氏菌、大腸桿菌鑒別能力低。目前用于病原體檢測的主要技術費力、耗時、昂貴，需要訓練有素的人員遵循實驗方法并且需要標記的天然產物[9]。因此，使用上述標準技術無法適用于病原體的快速檢測，也無法作為預防人類感染的篩選機制。

對快速，經濟，無標記和便攜式系統的需求為研究人員尋找微生物檢測的新方法提供了方向。因此，為了能找到實現簡單化的方法，包括減少總體識別時間，無人工參與的自動化，已經進行了廣泛的研究。許多光學方法可以實現對微生物顆粒的非侵入式和無標記檢測。許多生物醫學設備使用來自微生物顆粒的激光散射信號來發現物理和化學特征，例如熒光和共聚焦顯微鏡，掃描和成像細胞術以及流式細胞術[10]。靜態激光散射和動態激光散射是激光散射中公認的兩種結構，通常用于粒子分析[11]。

參考文獻：

[1]K.S.Gracias and J.L.McKillip，″A review of conventional detectionand enumeration methods for pathogenic bacteria in food，″Canadian Journal ofMicrobiology，vol.50，no.11，pp.883-890，2004/11/01 2004.