海洋微藻研究對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)以及生物資源利用有著重要意義,顯微共焦拉曼光譜作為一種非標(biāo)記、快速檢測(cè)技術(shù)已在生命領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。現(xiàn)階段,商業(yè)化顯微共焦拉曼儀器在微生物研究領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo),但由于體積龐大、工作環(huán)境要求嚴(yán)格等因素,很難開(kāi)展微藻細(xì)胞的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與分析。因此,將微型光纖光譜儀引入微藻"單細(xì)胞"的檢測(cè),自主研發(fā)了一套小型顯微共焦拉曼系統(tǒng),嘗試低成本開(kāi)發(fā)微生物分析設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)基于微型光纖光譜儀實(shí)現(xiàn)了硬件的一體化小型設(shè)計(jì)（L750 mm×W350 mm×H410 mm）,具備光譜探測(cè)、顯微成像、光鑷捕獲功能。通過(guò)四種典型微藻（中肋骨條藻、微擬球藻、東海原甲藻及小藻）的檢測(cè)驗(yàn)證,成功識(shí)別了"單個(gè)活體細(xì)胞"內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂類、糖原、核酸等多種細(xì)胞組分,相應(yīng)的結(jié)果經(jīng)過(guò)主成分分析（Principal component analysis,PCA）后,很好地實(shí)現(xiàn)了四種微藻的種類歸屬,證明了光纖光譜儀應(yīng)用于單細(xì)胞量級(jí)海洋微生物分析的可行性,并有望在將來(lái)發(fā)展成為船基設(shè)備,用于微藻的甲板在線檢測(cè)。 

【文章來(lái)源】：大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,15(01)CSCD

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【部分圖文】：

圖３酵母菌單細(xì)胞拉曼光譜比較

量級(jí)針孔實(shí)現(xiàn)拉曼信號(hào)的共焦采集，相??應(yīng)的信號(hào)經(jīng)透鏡耦合進(jìn)光纖后，再導(dǎo)入光纖光譜儀完成最終的光譜探測(cè)＆系統(tǒng)中所采用的光纖光譜儀為折??疊式Ｃ－Ｔ型硬件結(jié)構(gòu)，一體式緊湊設(shè)計(jì)，包含ＣＣＤ探測(cè)器，體積小巧（１１０?ｍｍｘｌ８２?ｒａｍｘ４７ｍｍ），探測(cè)??光譜范圍為５００？３０００?光譜分辨率為９?ｃｍ－１，可覆蓋大部分生物細(xì)胞拉曼特征峰位．所研制系統(tǒng)的??成像單元由閂光ＬＥＤ和ＣＭＯＳ攝像頭組成，用于監(jiān)測(cè)激光聚焦位置與細(xì)胞光鑷捕獲，相應(yīng)結(jié)果如圖２所??示，均可較為清晰地呈現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)。??圖１顯微共焦拉曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（ａ）和實(shí)物圖（ｂ）??Ｆｉｇ．ｌ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?（ａ）?ａｎｄ?ｐｉｃｔｕｒｅ?（ｂ）?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｆｏｃａｌ?ｍｉｃｒｏ－Ｒａｍａｎ?ｓｙｓｔｅｍ?（ｂ）??圖２系統(tǒng)所獲得的海藻細(xì)胞成像。（ａ）中肋骨條藻；（ｂ）微擬球藻；（ｃ）東海原甲藻；（ｄ）小球藻??Ｆｉｇ．２?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｅｌｌ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｃｏｎｆｏｃａｌ?ｍｉｃｒｏ－Ｒａｍａｎ?ｓｙｓｔｅｍ，?（ａ）?Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａ?ｃｏｓｔａｔｕｍ；??（ｂ）?Ｎ．?ｏｃｅａｎｉｃａ?ＩＭＥＴ－１）?（ｃ）?Ｐｒｏｒｏｃｅｎｔｒｕｍ?ｄｏｎｇｈａＪｅｎｓｅ?Ｌｕ；?（ｄ）?Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ??２．２樣品??細(xì)胞樣品由中國(guó)科學(xué)院海洋研究所和青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心提供。實(shí)驗(yàn)中選用的中??肋骨條藻ｆｗｓｔａｔｕｍ）、東海原甲藻（Ｐｒｏｒｏｃｅｎｔｒｕｍ?ｄｏｎｇ＇ｉｉｕ＇ｅｎｓｅ?＿Ｌｕ）培養(yǎng)基為Ｌ１培養(yǎng)液。小??球藻（ＣＷｏｒｅｉｌａ）的培養(yǎng)基為專用培養(yǎng)液，其成分包

Ｗ種微藻均為近海典型的相近藻種，但在細(xì)胞組分的拉曼探測(cè)方面，可??通過(guò)譜峰強(qiáng)度和峰位對(duì)藻種作以區(qū)分，這也是目前細(xì)胞拉曼表征的常用方法。??基于以上結(jié)論，還運(yùn)用主成分分析方法（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ，?ＰＣＡ）又對(duì)微藻進(jìn)行了細(xì)分測(cè)??試。測(cè)試中，分別從每個(gè)藻種的單細(xì)胞探測(cè)結(jié)果中隨機(jī)抽取了?１０組原始光譜數(shù)據(jù)，形成４０個(gè)原始光譜數(shù)??據(jù)，經(jīng)ＰＣＡ分析后提取主成分后，選取貢獻(xiàn)率排名前三的主成分（累計(jì)貢獻(xiàn)率為９９．２３％），進(jìn)行藻種類別分??析，所獲得的結(jié)果如圖５所示。很明顯地看出，Ｗ個(gè)藻種較好地實(shí)現(xiàn)了歸屬，而且，圖Ｓ與表１結(jié)果也形??成了很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系．，如；甲藻和微擬球藻在圖５中相鄰位置最為接近５在表１中成分差別也是最小的。??因此，所獲得的結(jié)果證明了基于光纖光譜儀研制小型系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)微藻單細(xì)胞的表型分析，而且所獲得光??譜結(jié)果確認(rèn)可勝任藻種的分類，后期若與微藻細(xì)胞高通量傳輸對(duì)接后，將有可能實(shí)現(xiàn)微藻群落的種群分析??和功能化分類。??圖５基于拉曼檢測(cè)結(jié)果的四種微藻ＰＣＡ分類結(jié)果??ＰＣＡ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?４?ａｌｇａｅ?ｓｐｅｃｉｅｓ?ｕｓｉｎｇ?ｔｈｅ?Ｒａｍａｎ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ??ｅｖｏｄ??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]人工細(xì)胞的表型測(cè)試與分選:構(gòu)建從光譜學(xué)到遺傳學(xué)的橋梁[J]. 馬波,徐健.  中國(guó)科學(xué)院院刊. 2018(11)
[2]微生物組分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì):從單細(xì)胞功能成像到菌群大數(shù)據(jù)[J]. 徐健,馬波,蘇曉泉,黃適,徐欣,周學(xué)東,黃巍,Rob Knight.  Engineering. 2017(01)



本文編號(hào)：3108866