非标记表面增强拉曼光谱在病原菌检测中的应用

目前世界上已有的病原菌检测方法尚不能实现对病原菌的快速准确鉴定,因而研究建立能够快速准确鉴定病原菌的方法是微生物检测方面的重要方向。表面增强拉曼光谱具有检测灵敏度高、速度快、成本低、便携性好等优点,成为检测病原菌的一个极具潜力的新方法。本文简要介绍非标记表面增强拉曼光谱在病原菌检测方面的应用。     

单细胞拉曼光谱在微生物研究中的应用

拉曼显微光谱是一种能够提供0.5–1.0μm空间分辨率的单个微生物细胞内化学结构信息的研究技术。近几年来,拉曼显微光谱被越来越多地应用于微生物单细胞的研究中,它可以快速无损地检测微生物细胞内的特征化学组分。典型的单个微生物细胞的拉曼光谱包含核酸、蛋白质、碳水化合物、脂质和色素(例如类胡萝卜素)等信息,这些信息能够表征微生物细胞的基因型、表型和生理状态。所以单细胞拉曼显微光谱是一种可用于区分微生物样品的"全生物指纹"技术,它可用于研究单个微生物细胞生命阶段的转变、鉴定微生物单细胞中的色素及其他化合物的含量变化等。本文综述了目前拉曼显微光谱在微生物单细胞研究上的应用,主要包括与稳定同位素标记(stable isotope probing,SIP)、拉曼成像、光谱分类和细胞分选技术结合来探究微生物单细胞对物质吸收后特征峰的变化、推导物质循环过程、进行微生物分类鉴定和探索基因型与表型的关系。拉曼显微光谱作为微生物单细胞研究的手段之一,在代谢过程的研究、活细胞分选和细胞对物质的利用上具有广泛的应用前景。     

基于单细菌共焦拉曼光谱的细菌快速检测

【背景】目前利用共焦拉曼光谱技术进行成像和成分鉴别方面的研究较多,但如何快速检测与鉴别多种细菌方面的研究较少。【目的】基于共焦拉曼光谱技术,建立一种在单细菌水平上实现病原微生物快速分类鉴定的方法。【方法】以大肠杆菌为研究对象,利用共焦拉曼光谱技术在单细菌水平上进行了激发波长的优化试验,并研究了大肠杆菌存放时间对单细菌拉曼光谱信息的影响。同时,对白色葡萄球菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和铜绿假单胞菌进行了共焦拉曼光谱测试,并对5种细菌进行单细菌拉曼光谱的归属分析,设计共焦拉曼光谱技术结合支持向量机(support vector machine,SVM)模型学习算法,进行了5种细菌的快速分类鉴别。【结果】对于单细菌拉曼光谱探测,532、633和785 nm这3种常见的拉曼探测波长中,532 nm具有更好的激发效率和光谱信噪比。结合SVM模型对5种细菌的识别分类,SVM模型的灵敏度和特异性达到了96.00%以上,整体准确率为98.25%。不同存放时间下大肠杆菌拉曼光谱的重复性和稳定性都很好,且SVM模型匹配率均在90.00%以上。【结论】单细菌拉曼光谱结合SVM模型可对5种细菌进行快...     

拉曼光谱技术在微生物学中的应用

拉曼光谱具有快速、灵敏、无损、实时监测等显著特点,在微生物学领域得到广泛应用。分别介绍共焦显微拉曼光谱、共振拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、拉曼成像、相干反斯托克斯拉曼光谱、激光镊子拉曼光谱和Raman-FISH的原理和特点,并重点总结和分析不同拉曼光谱技术在微生物的结构、化学组成,以及代谢过程等相关研究中的应用优势。合理利用这些技术在基础微生物、发酵微生物和微生物诊断等方面具有潜在的应用价值。     

拉曼光谱技术在病原菌感染诊断中的应用进展

快速准确诊断感染性疾病病原体是遏制超级细菌传播和抗生素滥用的重要防线。目前,临床病原菌感染诊断十分依赖于培养手段,导致检测周期长达数日,不但影响了患者的及时诊治,还间接导致抗生素的滥用。拉曼光谱技术是一种无损、高灵敏的分子指纹图谱检测技术,近年来在生物学领域得到广泛应用,其具有的免培养、快速、高特异性、低成本等优点为病原菌感染的诊断提供了新方案。本文阐述了拉曼光谱技术的原理和特点,综述了其在病原菌鉴定和抗菌药物敏感性试验方面的应用进展。     

单细胞拉曼技术在病原微生物检测中的研究进展

单细胞拉曼技术是基于拉曼光谱分析原理实现非培养、无标签、快速、高效、低成本揭示物质本质的新方法。近年来,单细胞拉曼技术也开始在病原微生物检测领域崭露头角。本文结合单细胞拉曼技术基本原理这一理论基础,阐述该技术在病原微生物鉴定、药物敏感性检测中的研究进展及最新技术方向,并探讨其在临床实验室应用的可行性,为未来病原微生物检测技术提供新的方向。     

表面增强拉曼光谱技术在微生物鉴定中的应用进展

拉曼光谱自20世纪20年代被发现以来,经过近90年的发展,产生了许多分支。其中表面增强拉曼光谱是利用被测物质与粗糙金属表面的相互作用来提高拉曼光谱的信噪比,从而得到敏感度和精确度更高的图谱,可以将样品在不经过预处理的情况下对其进行快速检测。本文综述了表面增强拉曼光谱技术的原理、分类及鉴定特点,总结了该技术在食品、化学、医药、工业、病原等微生物学科的临床应用,进一步阐述了研究该技术的必要性和应用前景,旨在为从事该领域的科研人员提供参考依据。     

细菌生物被膜检测与分析方法

细菌生物被膜(Biofilm,BF)由物体表面集聚生长的微生物群落和自身分泌的胞外物质构成,是造成细菌产生多重耐药性的原因之一。可靠、简单和快速的BF检测方法有助于有效预防和治疗相关疾病。基于不同原理的检测与分析方法已广泛用于BF研究中,本文从生物学方法、物理方法和化学方法等方面对BF检测方法进行总结,重点阐述显微镜技术在BF检测中的应用。并介绍了近年来发展的拉曼光谱、质谱成像、MALDI-TOF-MS等新技术,同时比较其优点和局限性,以便研究者找到最合适和最新的研究方法。     

功能红细胞研究的拉曼光谱技术与进展

红细胞在人体新陈代谢和物质运输方面起着非常重要的作用。作为一种无损、快速而灵敏的光谱学检测方法,拉曼光谱技术在生物医学领域的应用日渐广泛。本文综述了近年来拉曼光谱技术在红细胞及血红蛋白研究中的应用进展,详尽评述当前研究功能红细胞中较有优势的拉曼技术—显微拉曼光谱技术和光镊拉曼光谱技术,并对其技术的改进做出总结,以期为利用激光拉曼光谱研究红细胞提供较系统的参考。     

PCR技术在食品微生物检测中的应用

PCR技术以其高强的特异性和灵敏度以及检测速度快、准确性好等优点,广泛地应用在食品微生物检测的各个领域,尤其对培养困难的细菌检测和抗原结构复杂的细菌鉴定方面。介绍了几种PCR方法的原理,以及其在食品微生物检测中的应用情况。     

Nanomaterials‐based biosensors for detection of microorganisms and microbial toxins

Detection of microorganisms and microbial toxins is important for health and safety. Due to their unique physical and chemical properties, nanomaterials have been extensively used to develop biosensors for rapid detection of microorganisms with microbial cells and toxins as target analytes. In this paper, the design principles of nanomaterials‐based biosensors for four selected analyte categories (bacteria cells, toxins, mycotoxins, and protozoa cells), closely associated with the target analytes' properties is reviewed. Five signal transducing methods that are less equipment intensive (colorimetric, fluorimetric, surface enhanced Raman scattering, electrochemical, and magnetic relaxometry methods) is described and compared for their sensory performance (in term oflimit of detection, dynamic range, and response time) for all analyte categories. In the end, the suitability of these five sensing principles for on‐site or field applications is discussed. With a comprehensive coverage of nanomaterials, design principles, sensing principles, and assessment on the sensory performance and suitability for on‐site application, this review offers valuable insight and perspective for designing suitable nanomaterials‐based microorganism biosensors for a given application.     

The use of multiplex PCR to detect and differentiate food- and beverage-associated microorganisms: a review

Regarding food safety, rapid detection of microbial species is crucial to develop effective preventive and/or adjustment measures. Classical methods for determining the presence of certain species are time-consuming and labor-intensive, hence, molecular methods, which offer speed, sensitivity and specificity, have been developed to address this problem. Multiplex PCR (MPCR) is widely applied in the various fields of microbiology for the rapid differentiation of microbial species without compromising accuracy. This paper describes the method and reports on the state-of-the-art application of this technique to the identification of microorganisms vehiculated with foods and beverages. The identification of both pathogens and probiotics and the species important for food fermentation or deterioration will be discussed. Applications of MPCR in combination with other techniques are also reviewed. Potentials, pitfalls, limitations and future prospects are summarised.     

Identification of medically relevant microorganisms by vibrational spectroscopy

In the recent years, vibrational spectroscopies (infrared and Raman spectroscopy) have been developed for all sorts of analyses in microbiology. Important features of these methods are the relative ease with which measurements can be performed. Furthermore, in order to obtain infrared or Raman spectra, there is only a limited amount of sample handling involved without the need for expensive chemicals, labels or dyes. Here, we review the potential application of vibrational spectroscopies for the use in medical microbiology. After describing some of the basics of the techniques, considerations on reproducibility and standardisation are presented. Finally, the use of infrared and Raman spectroscopy for the (rapid) identification of medically relevant microorganisms is discussed. It can be concluded that vibrational spectroscopies show high potential as novel methods in medical microbiology.     

拉曼光谱在皮肤领域的研究进展

拉曼光谱是一种新型的光学检测技术,常用于材料鉴定。近年来,随着无创检测需求的增加,拉曼光谱逐渐应用于疾病诊断、物质鉴别等生物领域。综述了拉曼光谱在皮肤领域的研究进展,及其对皮肤组织成分鉴别和皮肤疾病诊断的价值,以期推动拉曼光谱广泛应用于皮肤病学的机理研究和临床诊断。     

基于ATP生物发光法的微生物数量快速检测技术的研究进展

微生物数量的快速检测一直是工业生产与食品行业需要解决的问题,腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)生物发光法具有操作简便、检测周期短等优点,可满足一般微生物检测的需求。然而,ATP生物发光法的准确性也受到不同因素的影响,如微生物的ATP检测限值较高、微生物自身及其他因素(如非微生物ATP、提取剂种类、荧光素酶活性等)均对微生物数量的检测产生影响。本文简述了不同微生物数量检测方法的优缺点,介绍了ATP生物发光法的发展历程及原理,综述了非微生物ATP与游离ATP、微生物量、ATP提取剂、荧光素酶等因素对ATP生物发光法灵敏度与稳定性的影响,归纳总结了ATP生物发光法及检测设备在食品、医疗、污水处理等领域的应用现状,并就ATP生物发光法体系的优化及ATP在线检测的应用等方面进行了展望,以期为ATP生物发光法的高效应用提供新的思路。     

Raman microspectroscopy as an identification tool within the phylogenetically homogeneous 'Bacillus subtilis' group

Vibrational methods have multiple advantages compared to more classic, chemotaxonomic and even molecular microbial tools for the identification of bacteria. Nevertheless, their definite breakthrough in diagnostic microbiology laboratories is determined by their identification potential. This paper reports on the profound evaluation of Raman spectroscopy to identify closely related species by means of 68 Bacillus strains that are assigned or closely related to the phylogenetically homogeneous ‘Bacillus subtilis’-group (sensu stricto). These strains were chosen to represent biological variation within the selected species and to create a realistic view on the possibilities of this technique

The evaluation resulted in 49/54 correct identifications at the species level for intern and 15/19 for extern testing. The correct identification of strains, which were not represented in the training set, supports the potential as an identification tool within the ‘B. subtilis group’. Considering the vague borderline between the species studied, Raman spectroscopy can be regarded here as a promising application for identifications at the species level.     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。