[发明专利]一种利用拉曼光镊进行微生物种类识别的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用拉曼光镊进行微生物种类识别的装置。该装置通过利用光镊技术形成的三维稳定捕获光阱实现对微球的稳定捕获，利用拉曼技术实现对微球的拉曼光谱信号的原位探测，微球表面根据识别需要修饰有微生物特异性的结合位点或者配体。本发明还提供了一种利用该装置进行微生物种类识别的方法，通过对比不同种类微生物特有的拉曼光谱特性信息，实现微生物的种类识别，识别步骤简便、快速、识别精度高。

技术领域

本发明涉及微生物种类识别领域，特别涉及一种利用拉曼光镊进行微生物种类识别的方法及装置。

背景技术

病原微生物是可以导致动物、植物和人类疾病的微生物。常见的病原微生物包括螺旋体、疟原虫、病毒、大肠埃希氏菌和沙门氏菌等，严重危害着人类的健康。为了预防这些病原微生物导致的疾病暴发和尽量减少其持续流行所造成的影响，需要开发一种快速、灵敏且简便的检测方法，在疾病出现的早期阶段准确地识别致病病原微生物种类。

目前，病原微生物的检测识别方法有实时荧光定量聚合酶链式反应法、数字聚合酶链式反应法、生物传感器法、免疫荧光法等。但这些方法都存在各自的问题，如实时荧光定量聚合酶链式反应法对低拷贝基金检测效率低，不满足高灵敏度要求；数字聚合酶链式反应法所用的仪器和试剂昂贵；生物传感器法存在抗体筛选过程复杂、价格昂贵问题；免疫荧光法所用的试剂昂贵、所用荧光色素会对待检样品中目标微生物活性造成影响。

基于拉曼光镊原理的颗粒物捕获与识别系统由于具有可实现非接触式地稳定捕获颗粒物而无基底接触影响、结构简单、识别效率高、应用广泛等优点，成为微生物种类识别技术的重要发展趋势之一。现有技术中，专利号CN 108918351 A公开了一种气溶胶中微粒捕获与拉曼光谱检测装置，该装置存在以下不足：1）在该技术中的气溶胶中微粒捕获与拉曼光谱检测装置是利用中空激光束产生机构将第一激光器产生的激光分为两束圆锥中空激光束，然后需要借助两个显微物镜构建囊结构光学捕获陷阱，实现对气溶胶微粒的光学捕获，光学系统结构复杂，并且，对两束圆锥中空激光束的光路对准调节精度要求高，光路调试难度高；2）在该技术中第一激光器功率为900mW-1400mW，对于需要捕获微米尺寸的液体气溶胶如氯化钠液滴气溶胶时，通常30-50mW捕获功率即可，而该技术中的第一激光器功率太高会加速氯化钠液滴气溶胶中溶剂水的挥发，而对拉曼信号测试造成影响，所以该技术的捕获气溶胶对象受限。专利号CN 105758838 B公开了基于光阱捕获金属纳米颗粒增强拉曼光谱的检测装置，该技术是借助光阱聚集金属纳米颗粒在待测试样品表面实现待测试样品拉曼光谱信号的增强，仅适合于液体环境中的样品原位拉曼光谱快速检测，不适用于大气环境中微生物的拉曼光谱检测。专利号CN 210090310 U公开了光镊-拉曼光谱单粒子检测系统，该系统主要面向液体环境中的单细胞粒子检测，不适用于大气环境中的微生物粒子检测，并且该系统采用的光学一体化设计方案限制了使用者的改造空间，当使用者想同时捕获多个粒子并进行检测时，需要在光路中增加空间光调制器元件，由于光学一体化设计，使得在系统中增加光学元件及后续的光路调试复杂。

因此，亟需研制快速有效的对病原微生物，特别是病毒进行种类识别的装置，加强对疾病的防控和治疗。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用拉曼光镊进行微生物种类识别的方法及装置。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：一种利用拉曼光镊进行微生物种类识别的方法，包括以下步骤：

（1）利用光镊技术形成的光阱捕获样品室中的微球，所述的微球表面修饰有微生物特异性的结合位点或者配体，利用拉曼技术实现对微球的拉曼光谱信号的原位探测，得到微球的拉曼光谱信号S1；

（2）保持微球的捕获状态，将经预处理后的混合有微生物的待识别气体导入样品室，待微球与待识别气体充分接触，再次利用拉曼技术对微球的拉曼光谱信号进行原位探测，得到微球的拉曼光谱信号S2；

（3）比较导入混合有微生物的待识别气体前后微球的拉曼光谱信号S1和S2的特征峰变化，根据微生物的拉曼光谱信号特征峰，识别混合有微生物的气体中微生物的种类。