一种高通量拉曼分子组学检测分析系统及方法与流程

本发明涉及分子组学检测分析的，更具体地，涉及基于表面增强拉曼光谱的拉曼分子组学检测分析系统及方法。

背景技术：

1、有机小分子是一类含碳化合物，根据不同的研究领域和应用场景有机小分子可以细分为描述生物体新陈代谢过程代谢产物的代谢小分子、进行疾病治疗和药物辅助的药物小分子等。有机小分子的检测对基础生命科学、医学诊断、医药开发等领域都起着关键作用，如检测代谢小分子将有助于发现患者与健康人之间代谢物的差异，有助于了解疾病的发生和进展，为疾病早期诊断、疗效评估和生存率等提供有效可衡量指标；检测药物小分子将有助于把控药品的生产进程，缩短医药开发周期；检测培养基内的有机小分子将有助于提高培养物的质量，监控培养物分化方向，节约培养基原料。

2、现阶段有机小分子的检测方法主要包括核磁共振法、质谱法两种方法，其中核磁共振法存在灵敏度较低、不适合分析低浓度有机小分子、设备昂贵和检测成本高等问题；质谱存在样品前处理复杂、不同标准品库无法进行大规模检测、无法检测代谢物中大量的同分异构体、检测仪器昂贵和检测成本过高等问题。

3、表面增强拉曼光谱技术是通过电磁增强和化学增强两种机制获取携带分子指纹信息的拉曼光谱，可用于测量物质的分子结构，具有超高灵敏度、超高稳定性、允许多指标同时检测、无标记、检测速度极快、可微型化等优点。目前，市面上已有了检测物质成分的拉曼增强芯片。然而一方面，其无法实现自动分析和快速确定物质信息的功能；另一方面，样品需要烘干后才能进行拉曼光谱检测，这不仅提高了检测成本，也极大地限制了分子检测的应用场景，无法检测易挥发、易变性和有毒的分子，如乙醇、丙酮等；再一方面，现有的拉曼检测系统和方法无法实现多样品的并行检测，提高了样品的检测周期和运营维护成本，限制了生产力。

技术实现思路

1、针对现有技术和仪器的缺陷，本发明首先提供一种新的技术和系统用于实现物质信息的快速分析以确定其基本信息。

2、另外，本发明提供一种新的检测方法，其具有分子水平超高灵敏度的、超高特异性的、快速无损且稳定的有机小分子检测，称为拉曼分子组学检测。

3、本发明基于表面增强拉曼光谱（sers）技术，解决了拉曼光谱在有机小分子检测中所存在的每个问题。

4、根据本发明的一个方面，提供了一种高通量拉曼分子组学检测分析系统，其包括表面增强拉曼光学检测模块和人工智能生信分析算法模块；

5、所述表面增强拉曼光学检测模块用于产生激发光、将激发光聚焦到样品室内的混合样品中并收集产生的表面增强拉曼信号光；

6、所述人工智能生信分析算法模块用于将所获得的表面增强拉曼光谱解析出待测样品的相关信息，相关信息至少包括待测样品中的如下信息之一:有机小分子的种类、浓度或者相对含量。

7、本发明的有益效果为：通过表面增强拉曼光学检测模块的设置，其能够完成多个样品的表面增强拉曼光谱的同时测量，大幅度降低了测量的硬件成本，缩短了测量周期，并从根源消除了不同相机和光谱仪所引入的测量误差，提高了光谱测量的准确性。

8、本发明的有益效果为：通过表面增强拉曼光学检测模块的设置，其能够收集背散射和透射的表面增强拉曼光谱信号，提高而激发光的利用率，从而提高了信噪比，缩短了检测周期。

9、本发明的有益效果为：通过人工智能生信分析算法模块的设置，其能够完成对于表面增强拉曼信号光的自动分析，并快速确认出物质种类、浓度或者其它信息，检测效率提高。并且，采用了表面增强拉曼技术，将纳米试剂与待测样品混合，由此使得检测灵敏性和特异性提高。

10、优选地，其中所述拉曼光学检测模块包括样品室、激光器、光学系统、光谱仪和相机；所述样品室用于容纳和移动待测样品；所述激光器用于产生激发光；所述光学系统用于将激发光聚焦到混合样品上，并收集经激发光聚焦的混合样品所产生的表面增强拉曼信号光；所述光学系统包括反射镜、非偏振分束镜、功率调节模块、二向色镜、物镜、长波通滤光片、聚焦透镜；所述反射镜用于反射激发光或表面增强拉曼信号光；所述非偏振分束镜用于将激光器产生的激发光分成两束光；所述功率调节模块用于调节入射到混合样品前的激发光的功率；所述二向色镜用于将激发光反射至物镜，并使表面增强拉曼信号光透射；所述物镜用于聚焦激光至混合样品上；所述长波通滤光片用于将激发光滤掉，并使表面增强拉曼信号光透射；所述聚焦透镜用于将表面增强拉曼信号光聚焦；

11、所述光谱仪用于将表面增强拉曼信号光中不同波长的光分开；

12、所述相机用于收集不同波长的拉曼信号光，并转换为电信号，从而获得表面增强拉曼光谱。

13、优选的，所述聚焦透镜用于将多个样品的信号光聚焦到光谱仪的狭缝处，聚焦透镜的数量不小于1。

14、优选的，所述聚焦透镜包括球面透镜、非球面透镜、圆柱形透镜、微透镜阵列和凹面镜中的一种或多种。

15、优选的，携带样品的光谱信息的信号光被所述聚焦透镜聚焦到光谱仪的狭缝处，并且在光谱仪的狭缝处不同样品的信号光无重叠。

16、优选的，所述相机为ccd面阵列相机，设置在相机中不同横坐标的像元用于收集不同波长的信号光，通过相机中不同纵坐标的光谱数据来测量不同样品的光谱。

17、所述人工智能生信分析算法模块包括计算机、拉曼分子组学数据库和生信分析算法程序，所述计算机用于控制样品室的移动、控制相机采集表面增强拉曼光谱以及保存表面增强拉曼光谱数据并完成初步数据处理；所述拉曼分子组学数据库用于提供可供参考的拉曼分子组学拉曼光谱；所述生信分析算法程序用于解析出样品中有机小分子的信息；

18、优选地，所述表面增强拉曼光学检测模块和人工智能生信分析算法模块通讯连接，通讯连接包括了无线控制连接和有线控制连接；其子模块可以重新组合分配；重新组合分配至少包括下面的模式：将相机并入人工智能生信分析算法模块中，此时人工智能生信分析算法模块具有采集光谱数据的功能。

19、优选地，所述样品室内待测样品能够与外界进行交互，以完成样品的补充、取出或更换。

20、优选地，所述样品室与平移结构组件连接和/或旋转结构组件连接，所述平移结构组件用于带动所述样品室完成水平运动，所述旋转结构组件用于带动所述样品室进行转动。

21、本发明提供的一种利用高通量拉曼分子组学检测分析系统进行有机小分子的拉曼分子组学检测分析的方法，包括：

22、将纳米试剂与待测样品充分混合，并将混合样品放置于样品容器中固定；

23、自动化测量样品多个位置的表面增强拉曼光谱，得到不少于三张同一个样品的表面增强拉曼光谱数据；

24、利用人工智能生信分析算法模块解析所测得的表面增强拉曼光谱，以获得每个样品中有机小分子的种类、浓度或者相对含量的信息。

25、利用所述样品位移驱动机械组件改变样品的表面增强拉曼光谱采集位置，用于测量样品多个位置的表面增强拉曼光谱，再结合所述人工智能生信分析算法模块以提高检测的稳定性和准确性。

26、本发明提供的检测方法，样品不需要烘干就能进行拉曼光谱检测，这不仅降低了检测成本，也拓宽了分子检测的应用场景，以便于对易挥发、易变性和有毒的分子进行检测。