關(guān)鍵詞：innoram拉曼光譜儀，bwiq拉曼定量分析軟件，細(xì)胞培養(yǎng)液物質(zhì)濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
細(xì)胞培養(yǎng)液提供了細(xì)胞或細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括葡萄糖、乳糖、氨基酸、蛋白質(zhì)等，指示著細(xì)胞或細(xì)菌實(shí)時(shí)的生長(zhǎng)狀況。為了保持細(xì)胞或細(xì)菌的正常生長(zhǎng)，對(duì)體系內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)就非常有必要。
傳統(tǒng)的檢測(cè)手段通過取樣，采用生化分析儀來得到各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，分析一個(gè)樣品大概需要20~30分鐘，無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。拉曼光譜方法具備無需采樣、測(cè)定速度快且可實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的緊密結(jié)合，為細(xì)胞培養(yǎng)液的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了一個(gè)有力的工具。
實(shí)驗(yàn)部分
便攜式拉曼光譜儀innoram，激光波長(zhǎng)785 nm，波長(zhǎng)范圍65 ~ 3070 cm-1，分辨率3.5 cm-1，te致冷至-20℃。
實(shí)驗(yàn)步驟
1. 搭建在線監(jiān)控平臺(tái)(圖1)
圖1 樣品測(cè)量示意圖
2. 采集樣品光譜，建立樣本訓(xùn)練集。本實(shí)驗(yàn)中積分時(shí)間設(shè)置為60s，2d binning模式，平均次數(shù)1次，激光強(qiáng)度為100%(探頭前端功率約210mw)。
2. 建立定量模型
bwiq是與b&wtek的拉曼光譜儀無縫連接的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，除包含常見的光譜預(yù)處理、樣本劃分及經(jīng)典多元回歸方法，也包含了一些*的whiattker平滑，svr回歸等算法，適應(yīng)于各類數(shù)據(jù)的建模分析。
bwiq采用向?qū)降慕７绞剑脩艨勺杂傻膶?duì)各類算法進(jìn)行編輯或執(zhí)行預(yù)覽，便于對(duì)算法參數(shù)進(jìn)行修正。圖2為60個(gè)樣品的拉曼光譜，圖3為采用pls進(jìn)行多元回歸后的建模結(jié)果，訓(xùn)練集r2為0.995，驗(yàn)證集的r2為0.966，rmse值分別為0.0323和0.152，結(jié)果較為可靠。
圖2：訓(xùn)練集樣本：60個(gè)樣品的原始光譜
圖3 訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的回歸圖
圖4 訓(xùn)練集的殘差圖
3. 結(jié)果預(yù)測(cè)
bwiq軟件可與bwram數(shù)據(jù)采集軟件連接，直接對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試并預(yù)測(cè)其化學(xué)值，也可對(duì)所采集的光譜進(jìn)行批量的預(yù)測(cè)。表1是采用上述建立的模型對(duì)實(shí)際體系中某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度的預(yù)測(cè)。
結(jié)論
采用innoram便攜拉曼光譜儀對(duì)該物質(zhì)的檢測(cè)限可達(dá)0.5g/l, 滿足實(shí)際使用的要求，避免了取樣對(duì)體系可能造成的污染，并使得實(shí)時(shí)監(jiān)控成為可能，減少取樣分析的成本并大大提率。