基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫茲光譜檢測(cè)池及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫茲光譜 檢測(cè)池，還涉及基于含水量的太赫茲波快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)依賴(lài)于平板細(xì)菌培養(yǎng)獲取純菌及其代謝產(chǎn)物的生化反應(yīng)特 性，從收集標(biāo)本到鑒定出細(xì)菌種屬，往往所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。不同細(xì)菌需要不同培養(yǎng)基，操作繁 瑣且消耗大量的試劑。盡管其他方法可以更加快速的獲悉病原菌的種類(lèi)，但這些方法各有 弊端。如：基于核酸放大技術(shù)的熒光PCR由于需要熒光染料的標(biāo)記，可能導(dǎo)致交叉反應(yīng)降低 特異性。質(zhì)譜技術(shù)在區(qū)分大腸桿菌和志賀氏菌方面仍存在相應(yīng)的缺陷。更為重要的是，熒 光PCR和質(zhì)譜技術(shù)是基于細(xì)菌核酸和蛋白的檢測(cè)方法，所以細(xì)菌的特異性成分也可以來(lái)自 死菌，因此不能區(qū)分待檢細(xì)菌的死活，而檢測(cè)到死菌不僅對(duì)疾病診斷意義不大，還容易導(dǎo)致 假陽(yáng)性結(jié)果的產(chǎn)生。
[0003] 太赫茲（Terahertz，THz)輻射是指頻率在0? 1~lOTHz，波長(zhǎng)在30~3000ym之 間的電磁波，由于其波段位于微波和紅外之間，早些年也被成為遠(yuǎn)紅外射線(xiàn)（Far-infrared rays)。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于缺乏有效輻射源和檢測(cè)靈敏度較低等技術(shù)瓶頸限制， 這一波段未能得到充分應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，被稱(chēng)為"THz空隙"。近年來(lái)，得益于物理學(xué)技術(shù)的飛 快發(fā)展，穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源的出現(xiàn)和檢測(cè)能力的大幅提高，使得太赫茲技術(shù)在生物、航 天和通訊等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái)，其中生物醫(yī)學(xué)的研究成為T(mén)Hz技術(shù)關(guān)注的焦點(diǎn)，包括基因 診斷、癌癥成像和生物分子檢測(cè)等。太赫茲時(shí)域光譜儀（THz-TDS，Terahertztime-domain spectroscopy)由于其較高的信噪比、可直接獲取折射率和吸收系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用太 赫茲?rùn)z測(cè)中。不同于對(duì)應(yīng)紅外波段的分子內(nèi)化學(xué)鍵振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，生物大分子間弱的相 互作用包括氫鍵和范德華力、骨架振動(dòng)和偶極子旋轉(zhuǎn)等低頻振動(dòng)吸收均位于太赫茲頻段 內(nèi)。由于細(xì)菌體積小、吸收系數(shù)較低，THz輻射可穿透整個(gè)菌體，不同細(xì)菌具有的其特定結(jié) 構(gòu)在THz輻射下具有不同的響應(yīng)，所以可通過(guò)激發(fā)細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)低頻振動(dòng)模式，獲得菌體 本身的THz振動(dòng)光譜，最終根據(jù)特有的THz振動(dòng)光譜實(shí)現(xiàn)不同細(xì)菌的表征。
[0004] 目前太赫茲用于細(xì)菌檢測(cè)的研究主要集中于粉末狀的芽孢桿菌屬（休眠狀態(tài)）， 繁殖體狀態(tài)的細(xì)菌僅有大腸埃希菌和枯草芽孢桿菌透射曲線(xiàn)的差異。未見(jiàn)基于含水量差異 的太赫茲波快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)臨床致病菌（繁殖體狀態(tài)），并根據(jù)含水量改變判斷致病菌的 生存狀態(tài)（死菌和活菌）的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫 茲光譜檢測(cè)池；由于太赫茲波對(duì)水吸收非常敏感，而不同細(xì)菌在相同培養(yǎng)條件下含水量不 同，可表現(xiàn)為不同的太赫茲光譜特征，而同種細(xì)菌在不同生存狀態(tài)下，由于新陳代謝的改變 含水量的變化也可被表征為太赫茲吸收的明顯差異，所以本發(fā)明的目的之二在于提供太赫 茲時(shí)域光譜儀快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌種屬和生存狀態(tài)的方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 1、基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫茲光譜檢測(cè)池，包括聚乙烯樣品放置 墊片和聚乙烯封閉墊片，所述聚乙烯樣品放置墊片上設(shè)置有樣品放置區(qū)，所述聚乙烯樣品 放置墊片與聚乙烯封閉墊片通過(guò)粘合連接并將樣品放置區(qū)封閉。
[0008] 優(yōu)選的，所述樣品放置區(qū)為直徑15mm的凹陷區(qū)域。
[0009] 優(yōu)選的，所述檢測(cè)池還包括固定于聚乙烯樣品放置墊片和聚乙烯封閉墊片外側(cè)的 中空的金屬架，中空位置與樣品放置區(qū)在同一直線(xiàn)上。更優(yōu)選的，所述金屬架為鋁架。
[0010] 優(yōu)選的，所述檢測(cè)池還包括設(shè)置在金屬架與聚乙烯樣品放置墊片和聚乙烯封閉墊 片之間的與樣品放置區(qū)孔徑相同的中空緩沖墊片，所述緩沖墊片的中空位置與樣品放置區(qū) 在同一直線(xiàn)上。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述緩沖墊片的材質(zhì)分別為聚四氟乙烯或氯丁橡膠。
[0012] 2、利用所述的檢測(cè)池太赫茲時(shí)域光譜儀檢測(cè)致病菌種屬和生存狀態(tài)的方法，包括 如下步驟：將待測(cè)致細(xì)菌放置于樣品放置區(qū)，然后將檢測(cè)池固定在檢測(cè)池位置，在監(jiān)測(cè)區(qū)域 沖氮?dú)?，相?duì)濕度降至2%以下，記錄包含了相位和振幅的時(shí)域光譜信號(hào)，計(jì)算待測(cè)細(xì)菌的 光譜參數(shù)，根據(jù)光譜參數(shù)判斷致病菌的種屬和生存狀態(tài)。
[0013] 優(yōu)選的，所述光譜參數(shù)包括吸收系數(shù)、折射率、介電常數(shù)實(shí)部和介電常數(shù)虛部，
[0014] 折射率n(f)由標(biāo)準(zhǔn)化公式計(jì)算而來(lái)：
[001c1 S
[0016] 於0)和:學(xué)_纖分別是樣本和參考信號(hào)的透射功率傅利葉變換的相位角，C和f?是 光速和頻率；
[0017] 消I系教k(f)由W下公忒i+算而來(lái)：
[0018]

[0019] P(f)是樣本和參考的透射功率傅利葉變換振幅的比例，所以，吸收系數(shù)和推導(dǎo) 為：
[0020]
[0021] 復(fù)合介電常數(shù)為：
[0022]
[0023] eJPe2分別是介電常數(shù)實(shí)部和介電常數(shù)虛部。
[0024] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開(kāi)了基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫 茲光譜檢測(cè)池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠在太赫茲時(shí)域光譜儀檢測(cè)致病菌種屬，并根據(jù)致病菌的含水 量判斷致病菌生存狀態(tài)，對(duì)臨床疾病診斷具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：
[0026] 圖1為太赫茲快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的檢測(cè)池結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖2為大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和鮑曼不動(dòng)桿菌的光譜特征 參數(shù)（A:吸收系數(shù)；B:折射率；C:介電常數(shù)（實(shí)部）；D:介電常數(shù)（虛部）。
[0028] 圖3為大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和鮑曼不動(dòng)桿菌四種菌粉的 吸收系數(shù)。
[0029] 圖4為同種細(xì)菌不同生存狀態(tài)下吸收系數(shù)的比較（A為金黃色葡萄球菌的活菌、死 菌和菌粉的吸收系數(shù)的比較。B為四種細(xì)菌不同生存狀態(tài)下（活菌、死菌和菌粉）ITHz處吸 收系數(shù)值的比較）。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體 條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠(chǎng)商所建議的條件。
[0031] 實(shí)施例1、基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫茲光譜檢測(cè)池
[0032] 基于含水量快速無(wú)標(biāo)記檢測(cè)致病菌的太赫茲光譜檢測(cè)池，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括 聚乙烯樣品放置墊片（1)、聚乙烯樣品封閉墊片（2)，其中聚乙烯樣品放置墊片（1)上設(shè)置 有直徑為15_凹陷的樣品放置區(qū)（3)，用于放置待測(cè)細(xì)菌，將放置墊片和封閉墊片通過(guò)雙 面膠粘合將樣品放置區(qū)封閉。為了方便檢測(cè)池的固定，在聚乙烯樣品放置墊片（1)和聚乙 烯樣品封閉墊片（2)外側(cè)用金屬中空的金屬架（4)進(jìn)行固定，中空位置與樣品放置區(qū)在同 一直線(xiàn)上，形成檢測(cè)通道，金屬架