[發(fā)明專利]基于中階梯拉曼光譜儀和增強拉曼光譜的血液種屬鑒別系統(tǒng)和方法

在審

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• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115494044A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設計）人: 高靜;王鵬;王策;田玉冰;陳建生
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G06K9/62;G06N20/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 黃雁君

本發(fā)明公開了一種基于中階梯拉曼光譜儀和增強拉曼光譜的血液種屬鑒別系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括拉曼增強基底；拉曼采集模塊，其包括沿激光入射方向依次設置的激光器、準直透鏡、二向色鏡和顯微物鏡，以及沿拉曼信號光的出射方向依次設置的瑞利濾光片、光纖耦合鏡、光纖和中階梯拉曼光譜儀單元；以及分類模型。本發(fā)明使用中階梯光柵光譜儀能獲得寬譜段高分辨性能，大幅提高系統(tǒng)的集成度、便攜性并降低了成本；采用表面增強拉曼光譜技術能大幅提高靈敏度，采用基于化學計量學方法或機器學習算法建立的分類模型自動識別血液種屬，識別準確度高，泛化能力強；本發(fā)明僅需微升量級血液，可以針對全血、血漿和血清樣品進行分析識別，具有很好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及血液種屬鑒別技術領域，特別涉及一種基于中階梯拉曼光譜儀和增強拉曼光譜的血液種屬鑒別系統(tǒng)和方法。

背景技術

血液攜帶人與動物的全套遺傳信息，是最直接的基因庫來源。為保護國家生物物種資源安全及相關知識產權，血液種屬鑒別方法和儀器的開發(fā)和研制在進出口檢測檢驗及管控中具有重要意義。同時，血液種屬鑒別在刑偵檢測、野生動物保護和獸醫(yī)學領域中也有重要應用價值。

人與動物血性狀與成分相似，都是紅色液體，均由血漿、血細胞、無機鹽、氧、代謝產物、激素、酶和抗體等成分組成。人類與哺乳類物動血液成分與紅細胞高度相似，唯獨禽類動物與哺乳動物血液差別在于禽類動物成熟紅細胞有細胞核，哺乳類動物成熟紅細胞沒有細胞核。

拉曼光譜能夠反映分子振動和轉動能級結構，具有分子指紋特征，可以用于分析物質中官能團，進行復雜混合物成分定性和定量分析，因而它與化學計量學或機器學習結合可以用于血液種屬識別。

目前多數拉曼光譜儀采用常規(guī)閃耀光柵，為了獲得較大光譜范圍和較高光譜分辨率需要較大的焦長并且需要轉動光柵，因此拉曼光譜測量時間較長，同時體積和重量較大并且對所處環(huán)境的要求較高，通常需要提供穩(wěn)定的機械環(huán)境并保持恒溫恒濕狀態(tài)。

中階梯光柵光譜儀采用中階梯光柵，中階梯光柵具有刻線密度較低，閃耀角大，衍射級次高的特點，所以中階梯光柵具有很高的色散率和分辨率，不需要轉動光柵進行光譜拼接，可以達到一次曝光即測量全譜段波長的要求。中階梯光柵不同光譜級次存在的重疊現象，需要使用橫向色散元件進行級次分離，將光譜成像在二維面陣探測器上，然后進行反演計算光譜。因此中階梯光柵光譜儀相比普通閃耀光柵光譜儀體積更小，結構更簡單，無需機械轉動即可獲得較寬光譜范圍和較高光譜分辨率，更有利于現場應用，實現自動化。

常規(guī)拉曼信號較弱，為獲得較強拉曼信號可采用表面增強拉曼散射光譜技術(Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)。SERS是指一些分子吸附到粗糙貴金屬(如Au、Ag、Cu和Pt等)表面，或貴金屬納米粒子表面時，產生的拉曼散射增強現象，通常是增強4-8個量級。理論上SERS可以實現單分子檢測，靈敏度很高，因此激發(fā)光可以采用毫瓦量級較低功率，可以實現對生物產品的無損檢測。

所以，利用表面增強拉曼散射光譜技術進行血液種屬鑒別會具有很好的可行性，但現在未見公開可靠的方案。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于中階梯拉曼光譜儀和增強拉曼光譜的血液種屬鑒別系統(tǒng)和方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于中階梯拉曼光譜儀和增強拉曼光譜的血液種屬鑒別系統(tǒng)，包括：

拉曼增強基底，用以承載待測樣品并放大拉曼信號；

拉曼采集模塊，其包括沿激光入射方向依次設置的激光器、準直透鏡、二向色鏡和顯微物鏡，以及沿拉曼信號光的出射方向依次設置的瑞利濾光片、光纖耦合鏡、光纖和中階梯拉曼光譜儀單元；所述拉曼采集模塊用以采集待測樣品的拉曼光譜；

以及分類模型，其基于化學計量學方法或機器學習算法建立，用以通過待測樣品的拉曼光譜分析得到待測樣品的血液種屬分類結果。