[发明专利]一种病原体快速检测器及其检测方法

说明书

本发明公开了一种病原体快速检测器及其检测方法，包括：将制备的未知细菌样品置于系统内，当细菌颗粒通过聚焦的激光束，光被样品吸收，同时也会产生折射和散射。通过光传感器获取散射光强度信号，并基于时域功率谱提取特征。不同的病原体根据其大小、形状和形态呈现出不同的特征分布。使用提取的特征进行支持向量机(SVM)分类器建模，对粪肠球菌，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌三种细菌进行分类训练，平均检测准确率分别为98.8％,79.65％和82.3％。结果表明，本发明方法在病原体检测中有着显著的效果，具有对病原体进行快速和无标记检测的潜力。

技术领域

本发明涉及一种病原体检测器及其检测方法，尤其是一种基于MIE光散射和机器学习的病原体检测器及其检测方法。

背景技术

提供卫生食品和饮用水是健康生命的必需品和基础，然而目前，这仍是具有挑战性的。在美国每年有超过200种已知的疾病通过食物传播，在7500多万已报道的病例中更是包含8000多死亡案例[1]。食物中毒是由于不卫生的食物引起的，而细菌是引起食物不卫生的原因之一。食源性病原体已成为对公众健康构成威胁的常见原因。

类肠球菌是低等病原体，但它们对用于绝大多数抗生素具有固有耐药性，仅有少数抗生素对它们有效，可用于临床治疗[2，3]。大肠杆菌可导致腹泻和溶血性尿毒综合症，其特殊特性还会导致肠道外感染，这不是引起人类疾病常见的原因。金黄色葡萄球菌可引起轻微的皮肤感染乃至威胁生命的疾病，一些菌株会产生诱发食物中毒的肠毒素[6]。由于病原体的不良影响和较强的抗药性，早期发现病原体可降低其在环境中的存在和污染。因此，病原体检测在医疗和食品安全领域发挥着重要的作用。[7]

传统的病原体检测方法是利用显微镜对在培养基里的病原体进行原位或离体目测。传统方法比较繁琐，耗时较长，在种和株水平上的特异性和鉴别性较差。现代检测病原体和诊断疾病的技术有多种，例如聚合酶链反应(PCR)，酶联免疫吸附试验(ELISA)，聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)，荧光原位杂交(FISH)，限制性片段长度多态性分析 (RFLP)，气相色谱-质谱(GC-MS)和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 (MALDI-TOF)。

PCR不允许核酸定位，并且需要设计引物，这限制了快速检测。ELISA具有较低的灵敏度并且涉及一些费力的步骤。PAGE仅适用于检测中型到大型微生物。FISH依赖于荧光显微镜和图像分析系统[8]。RFLP缓慢而繁琐，它需要大量的样本DNA。 GC-MS具有生物降解和hopane分布的局限性。MALDI-TOF具有低分析灵敏度并且对种相关的细菌如志贺氏菌、大肠杆菌鉴别能力低。目前用于病原体检测的主要技术费力、耗时、昂贵，需要训练有素的人员遵循实验方法并且需要标记的天然产物[9]。因此，使用上述标准技术无法适用于病原体的快速检测，也无法作为预防人类感染的筛选机制。

对快速，经济，无标记和便携式系统的需求为研究人员寻找微生物检测的新方法提供了方向。因此，为了能找到实现简单化的方法，包括减少总体识别时间，无人工参与的自动化，已经进行了广泛的研究。许多光学方法可以实现对微生物颗粒的非侵入式和无标记检测。许多生物医学设备使用来自微生物颗粒的激光散射信号来发现物理和化学特征，例如荧光和共聚焦显微镜，扫描和成像细胞术以及流式细胞术[10]。静态激光散射和动态激光散射是激光散射中公认的两种结构，通常用于粒子分析[11]。

参考文献：

[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.