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ASD | ASD地物光谱仪在鉴定细菌生物膜方面的应用

日期: 2025-04-18
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ASD | ASD地物光谱仪在鉴定细菌生物膜方面的应用

ASD | ASD地物光谱仪在鉴定细菌生物膜方面的应用



细菌生物膜广泛存在于工业、医疗和食品领域,因其强大的耐药性,给卫生和安全带来了严峻挑战,每年造成超5万亿美元的损失。金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等常见致病菌,易通过生物膜污染环境并增加感染风险,而益生菌生物膜则能有效抑制有害菌的定植,具有潜在的健康益处。

研究背景

生物膜检测的重要性

细菌生物膜是由细菌在其表面形成的一层粘附性强的结构,这使得它们比自由细菌更能抵抗抗生素和其他药物。生物膜在食品和临床环境中的污染增加了感染风险,因此,开发高效、精准的检测方法对于公共卫生至关重要。近年来,近红外(NIR)光谱凭借其较强的穿透力和成分识别能力,成为检测细菌生物膜的理想技术。

研究方法

NIR光谱与多元分析技术相结合

本研究结合NIR光谱技术与SNV预处理、Savitzky-Golay滤波器和随机森林分类算法,旨在提高细菌生物膜检测的精度。研究选用了七种细菌,包括金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等,并在适宜条件下进行培养。使用LabSpec 4 Standard-Res便携式光谱分析仪(Analytical Spectral Devices, ASD, )进行样品光谱采集,分析细菌生物膜的光谱特征。

ASD | ASD地物光谱仪在鉴定细菌生物膜方面的应用

图 1. 对每种细菌生物膜进行 NIR 测量后获得的光谱特征。左下方标明了细菌种类和对照。

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图 2. 随机森林性能:mtry 对准确性和稳定性的影响。

ASD | ASD地物光谱仪在鉴定细菌生物膜方面的应用

图 3. 细菌样本的分布。

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图 4. 受污染和未受污染样本的平均光谱特征。

研究通过对光谱数据的分析,展示了NIR光谱与多元分类技术在细菌生物膜快速识别中的巨大潜力。通过优化数据预处理和分类模型,本研究实现了不同病原菌生物膜的准确分类,特别是在金黄色葡萄球菌的检测中,表现出了显著的精度。

研究成果

精准鉴定病原菌生物膜

研究结果表明,NIR光谱结合多元分类技术能够有效区分多种病原菌生物膜,且无损、快速,适合用于现场监测。除了单核细胞增生李斯特菌外,其他所有细菌样本均取得了良好的分类效果,尤其金黄色葡萄球菌的表现尤为突出。该技术展现了在食品和临床环境中的广泛应用前景。

未来展望

推动生物膜检测标准化

未来的研究将进一步结合NIR光谱与成像技术,扩大其应用范围,提升其准确性和实用性。通过优化校准和增强模型的鲁棒性,NIR光谱有望成为生物膜检测的标准工具,为食品安全和医疗卫生领域提供重要支持。

研究结果

高效、无损检测: NIR光谱技术能够实现无损、快速的生物膜检测,适用于实时分析。

精准识别: 结合多元分析方法,能够有效区分不同病原菌的生物膜,提升检测精度。

应用前景: NIR光谱技术在食品、医疗等领域有着广泛的应用潜力,尤其在现场监测和预警体系中。

随着细菌生物膜检测技术的不断发展,科学的检测手段将为公共卫生安全提供坚实保障,推动生物膜管理和控制策略的完善。



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