[发明专利]基于显微拉曼的手持式检测仪器及检测方法

说明书

用于检查和检验的基于拉曼光谱的系统和方法提供了一种用于快速并且有成本效益的筛选例如细菌、病毒、药物和组织异常的各种蛋白质基化合物的方法。手持式光谱仪包括：用于生成拉曼频移采样信号的激光器和光学组件、用于信号条件处理和目标检测的信号处理和识别算法，其与超高分辨率显微滤光器和成像检测器阵列组合以提供在与目标病原体相关联的离散光谱带内的目标光谱峰的特异性分析。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月7日提交的美国临时申请No.61/893,095的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入到本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于快速检测和鉴定包括细菌、病毒、药物或组织异常的蛋白质基化合物(protein-based compound)的方法和装置，并且更具体地涉及基于拉曼光谱术(spectroscopy)的便携式光谱仪，其适合于对于包括MRSA或其他病原体的蛋白质基化合物检查粘膜表面(鼻孔、口部、耳朵)、检验(interrogate)伤口部位和/或检查可能被污染的对象或表面。该装置可以适合于检验组织试样、粪便、尿、血清或分泌物。

背景技术

该部分提供了与本公开内容有关的背景信息，其不一定是现有技术。

通过由叫做葡萄球菌盒式染色体mec(staphylococcal cassette chromosomemec，SCCmec)的移动遗传元件携带的mecA基因确定了金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，MRSA)的甲氧西林(methicillin)耐药性。MecA编码称为PBP2a(或PBP2’)的耐β-内酰胺的盘尼西林结合蛋白质。β-内酰胺抗生素通常与细胞壁中的PBP结合，扰乱肽聚糖层的合成，这导致了细菌死亡。然而，由于β-内酰胺抗生素不能与PBP2a结合，因此肽聚糖层和细胞壁的合成继续进行。虽然对于mecA转移的机制仍然不清楚，但是证据支持了不同的葡萄球菌种类之间的mecA基因的水平转移。通常使用基于培养的方法来诊断MRSA。

临床和实验室标准协会(Clinical and Laboratory Standards Institute，CLSI)推荐对于PBP2a的补充胶乳凝集测试(latex agglutination test)的头孢西丁-纸片扩散测试(cefoxitin disk diffusion test)。耐药性的表型表现可以根据生长条件以及存在的葡萄球菌亚种群而不同，所述葡萄球菌亚种群可以在培养物内共存(敏感和耐药)，从而使得通过标准微生物方法进行的敏感性测试可能存在问题。另外，培养花费时间，通常为1至5天。已经开发了通过诸如聚合酶链反应(PCR)的分子方法筛选MRSA的更快的技术以测试赋予对甲氧西林、苯唑西林、萘夫西林以及双氯西林和其他类似抗生素之耐药性的mecA基因。虽然这种技术更快，但是这种技术仍然花费数个小时并且被送至实验室。另外，市售的分子方法(用于筛选)不能检测MRSA的mecA变体。

拉曼光谱术是无试剂、非破坏性的技术，其可以在没有样品制备的情况下提供化学品和/或分子的独特的光谱指纹以实现目标鉴定。采用该技术，使用特定波长的光辐射样品，由此小部分(大约10⁷分之一的光子)被非弹性散射(in-elastically scattere)(以从入射辐射频移的波长)。由于改变分子极性化的分子振动，光子的非弹性散射提供了独特地表征目标物质的化学和结构信息。拉曼光谱术在完全表征材料的组成中可以是极其有用的，并且使得能够采用拉曼光谱数据库相对快速的鉴定未知材料。另外，由于拉曼光谱是非接触并且非破坏的技术，因此其非常适合于原位、体外和体内分析。

拉曼光谱术具有用于筛选细菌、病毒、药物以及组织异常的高潜力，这是由于其：1)对于大量的分子种类来说是实用的；2)可以提供快速的鉴定；以及3)可以用于定性和定量分析两者。基于显微拉曼(micro Raman)的便携式或手持式检测仪器将用于可靠并且快速地评估伤口或鼻道中的金黄色葡萄球菌菌株。快速评估和分型将能够跟踪这种病原体的传播并且可以显著减少医院获得性感染的数目及其治疗相关的费用。