基于凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法技術

本發明專利技術公開了一種基于凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法，首次將凸型圖案生物化學傳感器件的光學檢測信號圖像化后將包含圖像凸型結構邊界處的單位面積灰度值及其周圍區域的單位面積灰度值的差值作為待測物目標分子的光學檢測信號。本發明專利技術方法能夠有效扣除凸型圖案生物/化學傳感器件基底的噪音信號并凸顯凸型圖案邊界對檢測信號的放大作用，因此有利于改善凸型圖案生物/化學傳感器件的檢測性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物傳感器領域，涉及一種凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法。
技術介紹
生物/化學傳感器件往往需要檢測濃度低而噪音大的生物或者化學物質，因此其檢測靈敏度及檢測準確性一直是其發展及應用的瓶頸。針對生物/化學傳感器件的這些特點人們目前開發了具有較高靈敏度的基于熒光、吸收光在內的光學信號檢測的生物/化學傳感器件及阻抗、電流在內的電學信號檢測的生物/化學傳感器件。其中光學信號由于直觀、易得、靈敏及適用范圍廣而占據了生物/化學傳感器件信號檢測的大半部分。但是在實際應用中生物/化學傳感器件的噪音問題卻仍然是影響其檢測性能提高的主要因素。例如在生物芯片中人們發現構成生物芯片的一種基底材料-玻璃或者高分子材料，往往存在熒光信號并影響檢測時樣品所發射的熒光信號。這種基底材料上的熒光信號即基底噪音將影響所檢測物質的檢測限及準確性。為此人們不得不選取低噪音信號的材料以改善生物/化學傳感器件的檢測性能。事實上，人們已經為生物芯片研制了專門的低熒光噪音玻璃材料。但是這往往意味著成本的上升及可選取材料的減少，而且低噪音材料構建的生物/化學傳感器件仍然存在基底少量背景噪音的干擾。最近人們的研究表明許多具有凸型結構的納米材料往往具有較為優良的檢測靈敏度。例如人們在硅基底上生長氧化鋅納米桿并將其用于核酸及蛋白質的檢測中就獲得了較高的靈敏度。而我們的研究還表明不僅僅凸型納米結構材料，而且幾乎所有凸型結構材料只要能夠利用其凸型界面以聚集待測物目標分子并轉化為相應的檢測信號就能夠借助其凹凸型邊界對待測物目標分子的聚集所導致的放大作用而提高檢測的靈敏度。如圖1所示即使是在抗原濃度為O. lng/ml時利用熒光標記抗體進行檢測時在凸型字符編碼聚丙烯酰胺不倒翁型微載體的凸型字符邊界處仍然能夠觀測到足夠強度的熒光，而在其周圍的熒光強度則很低。但是在檢測中，一個不容忽視的問題是即使聚丙烯酰胺水凝膠也有一定強度的熒光背景即基底噪音。這在很大程度上干擾了其待測物目標分子的檢測。因此目前迫切需要新的檢測信號提取技術以進一步改善基于光學信號檢測的凹凸結構生物/化學傳感器件的檢測性能。如圖2所示，對于表面起作用的凸型結構生物/化學傳感器件而言，在凸型圖案邊界處由于待測物目標分子的聚集其單位面積檢測信號為單位面積內的基底噪音信號和聚集的大量待測物目標分子檢測信號之和；而在凸型圖案周圍其單位面積的檢測信號則為單位面積內的基底噪音信號與少量待測物目標分子檢測信號之和，則凸型圖案邊界處的單位面積檢測信號與凸型圖案周圍單位面積的檢測信號之差即差值信號就是只與待測物目標分子濃度相關的信號。此時基底噪音就被扣除了。因此繪制不同待測物目標分子濃度與差值信號的工作曲線，在檢測未知待測物時通過插值法即可獲悉相較于傳統不扣除基底噪音信號方法更為準確且靈敏的未知待測物中目標分子的濃度。目前對于待測物目標分子光學檢測信號的獲取方法包括熒光光譜法、吸收光譜法等。這些方法雖然檢測精度較高較準確，但是由于需要繁瑣的檢測操作，因此限制其在包括生物芯片等高通量檢測的許多領域的應用。而另外一方面，隨著顯微成像技術的發展，待測物目標分子的光學檢測信號可以轉化為圖像信號，即圖像信號的灰度值可以反映待測物目標分子的包括熒光信號、光吸收信號等的光學檢測信號。
技術實現思路
技術問題本專利技術的目的是提供一種能夠有效扣除凸型圖案生物/化學傳感器件基底的噪音信號并凸顯凸型圖案邊界對檢測信號的放大作用，有利于改善凸型圖案生物/化學傳感器件檢測性能的。技術方案本專利技術的基于凸型圖案生物/化學傳感器件的光學信號提取方法，包括以下步驟a)通過成像技術將凸型圖案生物/化學傳感器件的光學檢測信號轉換為圖像信號;b)從步驟a)獲取的圖像信號中，分別提取凸型圖案的凸型結構邊界處的單位面積灰度值及其周圍區域的單位面積灰度值，凸型圖案的凸起邊界周圍區域為凸型圖案所在平面上不包含凸起邊界的區域；c)求得步驟b)中獲得的凸型圖案的凸型結構邊界處的單位面積灰度值與凸起邊界周圍區域的單位面積灰度值的差值，作為待測物目標分子光學檢測信號。本專利技術的步驟a)中，將凸型圖案生物化學傳感器件的檢測信號轉換為圖像信號，是指通過成像設備獲取凸型圖案生物化學傳感器件的圖像然后從圖像中提取包括單位面積灰度值在內的強度信號。本專利技術的步驟a)中，成像技術為各種顯微鏡拍照、掃描儀拍照或照相機拍照，成像設備包括光學顯微鏡、突光顯微鏡、紅外顯微鏡、掃描儀或照相機。本專利技術的步驟b)中，提取凸型圖案的凸起邊界處的單位面積灰度值和凸起邊界周圍區域的單位面積灰度值的具體方法為分別從凸起邊界處和凸起邊界周圍區域選定至少一個選定區域，然后通過計算機圖像處理軟件提取選定區域的灰度值和面積，轉化為單位面積灰度值；如果凸起邊界處或周圍區域的選定區域為多個，則求取多個選定區域的單位面積灰度值的平均值，作為凸起邊界處或周圍區域的單位面積灰度值；如果凸起邊界處或周圍區域的選定區域為一個，則直接將選定區域的單位面積灰度值作為凸起邊界處或周圍區域的單位面積灰度值。有益效果本專利技術與現有技術相比，具有以下優點本申請首次將凸型圖案生物/化學傳感器件的光學檢測信號圖像化后將圖像凸型結構邊界處的單位面積灰度值及其周圍區域的單位面積灰度值的差值作為待測物目標分子的光學檢測信號。該方法能夠有效扣除凸型圖案生物/化學傳感器件基底的噪音信號并凸顯凸型圖案邊界對檢測信號的放大作用，因此有利于改善凸型圖案生物/化學傳感器件的檢測性能。為了進一步發展凸型圖案生物/化學傳感器件，本申請首次提出將凸型圖案生物/化學傳感器件的待測物目標分子光學檢測信號通過顯微成像技術轉換為圖像，然后提取圖像凸型邊界處的單位面積灰度值及其周圍區域的單位面積灰度值，并進一步通過差值法獲取凸型圖案邊界處檢測信號與其周圍檢測信號的差值作為待測物目標分子光學檢測信號以用于待測物目標分子的檢測。該方法具有操作方便，適用范圍廣，檢測性能優越等特在傳感敏感材料固定至凸型圖案邊界區域及凸型圖案周圍區域后進行基于光學信號的生物/化學檢測并以圖像的結果呈現，然后將凸型圖案邊界處的圖像信號與凸型圖案周圍區域的圖像信號相減獲取與待測物濃度相關的信號。該方法不僅能夠有效扣除生物/化學傳感器件的噪音信號，而且能夠有效凸顯凸型圖案邊界處傳感敏感材料聚集所導致的信號放大作用，因此是改進基于光學信號檢測的生物/化學傳感器件檢測性能的有效手段。附圖說明圖1為凸型字母E不倒翁微載體俯視示意圖。圖2為凸型字符編碼聚丙烯酰胺不倒翁微載體上的免疫檢測效果示意圖A為凸型結構邊界處；bl、b2為凸型結構周圍區域；c為熒光標記抗原-抗體復合物。， 圖3為通過夾心法進行熒光標記免疫分析凸型字母E不倒翁微載體的熒光顯微示意圖。圖4為通過夾心法進行Cy3標記免疫分析凸型字母編碼不倒翁聚丙烯酰胺微載體上抗原(人IgG)濃度對數與單位面積熒光強度關系圖。其中單位面積熒光強度由實驗所得熒光照片選定區域經圖像處理提取灰度強度作為熒光強度而得到。夾心法免疫分析采用O. 1% (v/v)戊二醛PBS緩沖液孵育6h、60 μ g/mL羊抗人IgG的PBS緩沖液孵育5h、IOOng/mL人IgG的PBS緩沖液孵育時間2h、10 μ g/mL的Cy3標記羊抗人IgG的PBS緩沖液孵育Ih0□本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種的基于凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：a）通過成像技術將凸型圖案生物化學傳感器件的光學檢測信號轉換為圖像信號；b）從所述步驟a）獲取的圖像信號中，分別提取凸型圖案的凸起邊界處的單位面積灰度值和凸起邊界周圍區域的單位面積灰度值，所述凸型圖案的凸起邊界周圍區域為凸型圖案所在平面上不包含凸起邊界的區域；c）求得所述步驟b）中獲得的凸型圖案的凸型結構邊界處的單位面積灰度值與凸起邊界周圍區域的單位面積灰度值的差值，作為待測物目標分子光學檢測信號。

【技術特征摘要】
1.ー種的基于凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 a)通過成像技術將凸型圖案生物化學傳感器件的光學檢測信號轉換為圖像信號； b)從所述步驟a)獲取的圖像信號中，分別提取凸型圖案的凸起邊界處的単位面積灰度值和凸起邊界周圍區域的単位面積灰度值，所述凸型圖案的凸起邊界周圍區域為凸型圖案所在平面上不包含凸起邊界的區域； c)求得所述步驟b)中獲得的凸型圖案的凸型結構邊界處的單位面積灰度值與凸起邊界周圍區域的単位面積灰度值的差值，作為待測物目標分子光學檢測信號。2.根據權利要求1所述的基于凸型圖案生物化學傳感器件的信號提取方法，其特征在于，所述步驟a)中，將凸型圖案生物化學傳感器件的檢測信號轉換為圖像信號，是指通過成像設備獲取凸型圖案生物化學傳感器件的圖像，然后從圖像中提取包括単位面積灰度值在內的強度信號。3.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張繼中，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：