一、研究背景

乳酸菌的快速檢測一直是科研工作者頭疼的問題，常規(guī)細(xì)菌鑒定方法耗時(shí)非常長，一般需要2-3天才能出結(jié)果。過去的研究中，納米銀結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）鑒定的方法雖然檢測速度較快，但納米銀孵育等待的時(shí)間較長，不能及時(shí)地對菌落樣品進(jìn)行檢測。本研究中，為了提高整體的細(xì)菌檢測速率，將SERS與液滴微腔技術(shù)結(jié)合，縮短樣品制備檢測流程，又將拉曼技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，提高了細(xì)菌的識(shí)別分類效率。

二、研究方法

本研究設(shè)計(jì)搭載了拉曼檢測平臺(tái)，并針對液滴微腔設(shè)計(jì)了疏水性芯片，將微生物與納米銀混合后直接點(diǎn)樣至芯片上，對液滴進(jìn)行拉曼檢測（圖1）。對收集到的5種乳酸菌的拉曼光譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用2種機(jī)器學(xué)習(xí)算法對拉曼光譜的鑒定分類進(jìn)行預(yù)測。

圖1 納米銀SERS對乳酸菌的快速檢測流程示意圖

三、結(jié)果

本研究將培養(yǎng)的乳酸菌與納米銀膠體混合，直接點(diǎn)樣至疏水芯片上，置于拉曼光譜儀下進(jìn)行拉曼檢測，具體步驟為，從固體培養(yǎng)基上挑取待測單菌落放入離心管種，然后滴加納米銀膠體混合，渦旋儀混合后直接滴加在疏水載玻片上，放置在物鏡下直接進(jìn)行拉曼光譜檢測。

對五種酸奶發(fā)酵的乳酸菌進(jìn)行SERS拉曼光譜檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面增強(qiáng)拉曼光譜信噪比較高，而且不同種之間信噪比分布均勻，而t-SNE分析也得到了很好的分布結(jié)果（圖2C）。

接著，利用SVM、KNN機(jī)器學(xué)習(xí)算法對SERS光譜進(jìn)行聚類鑒定。得到的識(shí)別準(zhǔn)確率都在90%以上，達(dá)到了很好的區(qū)分效果。

四、結(jié)論

本研究使用液滴微腔SERS的方法對五種乳酸菌進(jìn)行SERS光譜檢測。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（SVM 和KNN）分析 SERS 光譜，將乳酸菌識(shí)別率提高至 90% 以上。提高了無標(biāo)簽 SERS 技術(shù)檢測的速度，增強(qiáng) SERS 技術(shù)在細(xì)菌檢測，尤其是乳酸菌快速鑒定方面的適用性，滿足了乳品釀造業(yè)對及時(shí)檢測細(xì)菌的實(shí)際要求。

五、辰英價(jià)值

該研究中采用了P300激光共聚焦拉曼光譜儀是研制的一款高端科研級光譜儀。在本文中，利用P300對納米銀與乳酸菌混合液進(jìn)行了表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測，該儀器配套搭載的HOOKE IntP智能分析軟件對光譜進(jìn)行了t-SNE聚類分析和SVM、KNN分類預(yù)測。這些結(jié)果為進(jìn)一步提高SERS在食品發(fā)酵行業(yè)的應(yīng)用提供了參考依據(jù)，同時(shí)也體現(xiàn)了P300在食品發(fā)酵與菌株快速檢測領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為開發(fā)食品發(fā)酵行業(yè)菌群鑒定與快速檢測提供了新的思路。

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