Ultra-fast identification of lactic acid bacteria colonies based on droplet microcavity label-free SERS

拉曼光谱 荧光 鉴定(生物学) 乳酸 生物系统 支持向量机 材料科学 细菌 分析化学(期刊) 人工智能 计算机科学 化学 生物 色谱法 光学 物理 遗传学 植物
作者
Lindong Shang,Yu Wang,Fuyuan Chen,Hao Peng,Xiaodong Bao,Xusheng Tang,Kunxiang Liu,Lei Xu,Dongyang Xiao,Peng Liang,Bei Li
出处
期刊:Lebensmittel-Wissenschaft & Technologie [Elsevier BV]
卷期号:204: 116435-116435 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.lwt.2024.116435
摘要

In this study, we addressed the challenge of excessive fluorescence background in bacterial colony Raman detection and aimed to achieve rapid identification of colonies. To overcome this issue, we employed a combination of droplet microcavity and label-free Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) technologies for spectroscopic analysis of five species of lactic acid bacteria (LAB) colonies during fermentation. This approach, coupled with Supported Vector Machine (SVM) and K-Nearest Neighbors (KNN) machine learning algorithms, facilitated the identification and analysis of spectral data. Comparing the results with conventional bacterial colony Raman spectra, the SERS spectra exhibited clear peaks, a higher and more stable signal-to-noise ratio, and noticeable spectral differences between various colonies, overcoming the limitations of insufficient fluorescence background. Moreover, the detection speed was notably enhanced, each SERS spectrum requires only 0.5 s, and the acquisition of the 100 spectral data points necessary for one bacterial colony is accomplished in less than 1 min. The SVM algorithm demonstrated a bacterial colony identification rate exceeding 95%, while the KNN algorithm achieved a rate surpassing 90%. These findings highlight the practical importance of using droplet microcavity combined with label-free SERS technology for quick and robust identification of the bacterial colonies.
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