LIBS快速元素分析技術(shù)在微生物檢測中的應(yīng)用

LIBS技術(shù)，是當(dāng)前唯一能夠測量所有種類的樣品、無須預(yù)處理、并且單次測量即可得到全部元素特別包括輕元素在內(nèi)的“指紋”的光譜分析技術(shù)(Miziolek and others 2006)。LIBS可以實現(xiàn)微空間分辨率、低元素檢測極限的實時快速測量，因此對于含特定特征元素的、形體非常微小的微生物識別和分類具有獨到的優(yōu)勢。此外，菌落的顏色、質(zhì)地、細(xì)胞的成分都會作用于激光脈沖激發(fā)時呈現(xiàn)的等離子體發(fā)射光譜，作為分類鑒定的依據(jù)（Lightigo團(tuán)隊，2018）。Sivakumar等人曾通過Mg、P、K、Na、Ca等關(guān)鍵元素的特征譜線峰值差異，判斷大腸桿菌是否已經(jīng)死亡；Multari等人曾通過LIBS技術(shù)在雞肉、牛肉餡、蛋殼、萵苣、臘腸等食物上檢測到致病性大腸桿菌；等等。
 

LIBS的微生物識別和分類技術(shù)，在土壤理化性質(zhì)、土壤營養(yǎng)、植物表型、作物營養(yǎng)、食品質(zhì)量檢測、毒理學(xué)的實驗研究中的應(yīng)用迅速發(fā)展。
 

本研究中，Lightigo團(tuán)隊?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)，通過樣品的原子發(fā)射譜線分析，對大腸桿菌、CCM4223金黃色葡萄球菌、CCM 4750金黃色葡萄球菌（MRSA -甲氧西林耐藥）、CCM3953金黃色葡萄球菌- (MSSA-甲氧西林敏感)、葡萄球菌、假中間葡萄球菌，共6種細(xì)菌實現(xiàn)了快速自動檢測和分類。

全部細(xì)菌樣本的LIBS譜線數(shù)據(jù)中，Mg、Na、Ca都為其主元素譜線，呈現(xiàn)相近的譜線特征；其原因在于細(xì)菌細(xì)胞外膜中都含有Mg2+和Ca2+離子，從而具有相近的元素構(gòu)成，例如下圖的“CCM 4750金黃色葡萄球菌（MRSA -甲氧西林耐藥）”樣品的LIBS譜線：
 

但是，各個樣本的完整譜線“指紋”仍可以作為細(xì)菌樣品的分類依據(jù)。儀器軟件內(nèi)置的PCA算法是實現(xiàn)樣品分類可視化的最常用的分析工具，下圖為LIBS譜線PC1 vs. PC2處理結(jié)果：
 

可見，LIBS能夠?qū)��?xì)菌樣品做出比較成功的分類。在此基礎(chǔ)上，Lightigo團(tuán)隊結(jié)合Raman光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升了6類細(xì)菌樣品分類的精確度（100%）：
 

Lightigo的LIBS元素分析技術(shù)在細(xì)菌鑒定、檢測和分類的應(yīng)用中，是一種快速、便捷并且具有前景的分析方法。
 

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