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拉曼技術用於細菌檢測與分析

2023/03/16

細菌的檢測與分析

細菌,作為微生物中一個重要的研究領域,與我們的身體健康和飲食生活等等習習相關。其菌種類別繁多,體積微小,結構各自精采不同。在環境領域、食品領域、臨床醫學上等,經常需要對細菌種類、細菌數量、細菌中活性物質、細菌作為觸媒化合物、單個活性菌體等,進行快速檢測和分析。

與一般常規檢測技術相比,顯微拉曼光譜法是一種快速、非破壞無損、無懼水、微樣分辨、非接觸式檢測的分子光譜技術,非常適合用於微生物的檢測和分析,成像功能還可以實現細菌微區成分分佈的分析。

儀器和軟體

圖1. Thermo Scientific™ DXR™3xi 顯微拉曼成像光譜儀

Thermo Scientific ™ DXR™ 3系列顯微拉曼技術在微生物檢測和分析領域具有獨特的技術和應用優勢:
1.先進的自動化和智慧化光學控制系統。
2.絕佳的偵測靈敏度和空間解析度。
3.軟體精細調節雷射功率至樣品。(專利技術)
4.巨集客化製操作介面,無需專業背景。
5.功能強大、介面友善的分析軟體。
6.集成數學模型演算法、自由操作的TQ Analyst建模軟體。
7.光鑷-微流控串聯技術。

細菌結構分析 

細菌種類不同,其活性物質如氨基酸、蛋白質等表現出結構和量的差異,根據拉曼光譜的特徵結構峰,可以很好地顯現活性物質與含量間的差異,根據這些差異可以快速非破壞地進行細菌種類的鑑別和分析。

 

圖2. 拉曼光譜圖

圖3. 各種結構的拉曼光譜特徵峰

單個細菌檢測 

因為細菌的體積很小,獲得的訊號相對較弱,當溶液中細菌濃度較低時,很難觀察到有效的化學結構資訊,尤其是需要對單個細菌的化學結構進行檢測和分析。因此,在進行分子結構分析時,就需要高靈敏度和高空間解析度的拉曼技術。採用超高靈敏和高空間分辨的DXR3xi顯微拉曼成像光譜儀,利用磁性富集高活性SERS感測器,進行低濃度和單個金黃色葡萄球菌的檢測和分析。

圖4. 不同細菌濃度的SERS光譜及定量曲線

圖5. SERS感測器包覆的單個細菌:
(a)SEM圖,(b)拉曼白光圖像,(c)拉曼成像,(d)拉曼成像區域的拉曼光譜

單個細菌體內合成物的鑑別與分析 

 酵母菌是一些單細胞真菌,其結構與高等植物的細胞一樣,比較複雜,體積小的約2-6μm,大的約5-30μm。在一定合適的培養條件下,酵母菌菌體可以作為微型反應器,在體內合成一些目標化合物,在分析目標化合物時,需要高空間解析度的顯微拉曼光譜儀才能實現在菌體微區的分析,同時要求快速測試以保持細菌的活性。而賽默飛的DXR3xi拉曼成像光譜儀因其超高靈敏度、高空間解析度和超快速成像功能,是一款非常適合用於這些領域的研究。

圖6. 細菌空白組和實驗組的拉曼光譜

圖7. 不同物質在細菌內的特徵峰分佈

Thermo Scientific ™DXR™系列顯微拉曼光譜儀,通過蛋白質、氨基酸等生物活性物質的拉曼光譜特徵性,可以輕鬆實現幾微米甚至幾百奈米大小細菌種類的檢測與分析。利用超高靈敏度和超高空間分辨的DXR3xi成像技術有助於快速研究單個活性細菌體內物質的分佈,進行微生物的活體分析。替微生物的研究提供了一種非破壞、快速、透過水散射的研究工具儀器。

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