近红外激光在食源性致病菌快速检测中的应用基础研究

摘要

食源性致病菌是引起食源性疾病的首要原因。现有检测方法或前处理步骤复杂、检测结果假阳性率偏高，或仪器庞大昂贵、对环境要求高，都不适应现场的快速检测。近红外激光技术具有快速、穿透性强、无破坏、无污染的优点，研究尝试将近红外激光与现有技术相结合，克服其局限性，实现食源性致病菌快速灵敏检测。具体内容如下：
　　1、基于近红外激光成像技术的食源性致病菌的分类鉴别研究。首先搭建了近红外激光成像系统，采集四组细菌（大肠杆菌 E.coli、金黄色葡萄球菌S.aureus、沙门氏菌S.typhimurium以及三种细菌混合物）菌落的纹理图像；运用标准矩对其进行归一化预处理，消除菌落大小不一致的影响；接着从中提取Zernike矩特征，作为分类模型的输入；最后有比较地利用线性（LDA、KNN与PLSDA）和非线性（BPANN、SVM与ELM）算法建立分类模型，非线性模型识别效果优于线性模型，尤其是ELM模型，达到95％。研究表明利用近红外激光成像系统结合模式识别算法可以实现食源性致病菌的快速分类鉴别。
　　2、近红外激发上转换荧光光谱定量检测单一食源性致病菌（以E.coli为例）。首先制备上转换纳米颗粒（NaYF4:Yb3+, Er3+），然后将其与E.coli特异性抗体结合，作为荧光探针，捕获E.coli。采用离心法分离出未结合的探针，测其荧光光谱，建立上转换荧光强度与菌液浓度关系的标准曲线，相关系数为0.9802，检测范围为42-42×106 cfu ml-1，检测限为10 cfu ml-1，说明本方法检测范围广，灵敏度高。最后将本方法用于食物中E.coli的检测，检测结果与制样前添加浓度基本一致，说明本方法可用于实际食物中致病菌的检测，结果准确可靠。我们还将本方法与目前现有免疫标记方法作了对比，结果表明无论是检测范围还是检测限，本方法均表现出明显的优势。
　　3、近红外激发上转换荧光光谱同时检测多种食源性致病菌（以E.coli和S.aureus为例）。首先制备上转换纳米颗粒（NaYF4:Yb3+, Er3+和NaYF4:Yb3+, Tm3+），然后将其分别与E.coli和S.aureus特异性抗体结合，等量混合后形成多标记荧光探针，同时检测E.coli和S.aureus。采用离心法分离出未结合的探针，测其荧光光谱，根据两种细菌各自的特征峰，分别建立荧光强度与菌液浓度关系的标准曲线。其中E.coli标准曲线相关系数为0.9800，检测范围为47-47×106 cfu ml-1，检测限为13 cfu ml-1；S.aureus标准曲线相关系数为0.9657，检测范围为64-64×106 cfu ml-1，检测限为15 cfu ml-1。结果说明本方法检测范围广，灵敏度高。最后将本方法用于食物中E.coli和S.aureus的同时检测，其结果与制样前添加浓度基本一致，说明本方法可以同时检测实际食物中的多种致病菌，结果准确可靠。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1食源性致病菌及其危害

1.2 现有的食源性致病菌检测技术

1.3 本课题的研究目的和研究内容

1.4 本章小结

第二章 近红外激光成像技术定性鉴别食源性致病菌

2.1 引言

2.2 试验材料与方法

2.3 纹理图像的采集和预处理

2.4 特征提取

2.5 分类预测模型的建立和评价

2.6 本章小结

第三章 近红外激发上转换荧光光谱定量检测单一食源性致病菌

3.1 引言

3.2 试验材料与方法

3.3 定量检测方法的建立与评价

3.4 本章小结

第四章 近红外激发上转换荧光光谱同时检测多种食源性致病菌

4.1 引言

4.2 试验材料与方法

4.3 定量检测方法的建立与评价

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文

硕士期间申请专利

硕士期间参与的科研项目

硕士期间获得的个人荣誉