一种用于编解码的微球及其编解码方法、解码系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于编解码的微球及其编解码方法、解码系统。编解码方法包括以下步骤：S1，将多种含金属元素的纳米材料分别复合到微球中，形成多种微球；S2，采用脉冲宽度为纳秒级，单脉冲能量大于100mJ的脉冲激光对一个待测微球进行激光诱导击穿；S3，接收所述待测微球被诱导激发后发出的等离子体辐射光谱；S4，在所述等离子体辐射光谱中遍历谱峰，与标准原子光谱的标准谱峰数据进行比对，将数据吻合的参考元素判定为微球内纳米材料含有的金属元素，确定所述待测微球为相应金属元素的微球。本发明专利技术的用于编解码的微球及其编解码方法、解码系统，编解码过程准确性高、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物检测
，特别是涉及一种用于编解码的微球及其编解码方法、解码系统。
技术介绍
生物芯片(biochip)技术是融微电子学、生命科学、计算机科学和光电化学为一体的高通量生物分子检测技术，是生命科学领域的一场重大革命。传统形式的生物芯片技术又称为微阵列(microarray)技术，其原理是将已知序列的生物分子(DNA、RNA、多肽、蛋白质等)集成于固体表面形成探针阵列，用被标记的待检测生物分子与上述探针阵列进行杂交反应，通过检测相应位置的杂交探针，实现生物分子检测的目的。传统生物芯片杂交属于固-液相杂交，其分立的固-液反应环境及洗涤因素使其在检测灵敏度及稀有样品的检测中显现出不足之处。在传统生物芯片技术的基础上已发展出了液相生物芯片(Liquid biochip)技术。目前，在生物芯片中，微球的编码载体主要有荧光编码微球、量子点编码微球、光子晶体编码颗粒、纳米条形码编码微球、胶体条编码等。最常用的是基于荧光的编码方法。基本方法是在微球表面接枝有机荧光染料或在微球中包裹荧光量子点，形成荧光微球。通过对微球进行短波激发，微球就可以发射出荧光。通过包裹不同的荧光物质或者不同荧光物质的组合，就可以利用得到的微球荧光光谱对微球进行辨别完成编码。该方案中，受荧光本身的特性所限，使得编码的准确度和稳定性、抗干扰能力受到一定限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于编解码的微球及其编解码方法、解码系统，编解码过程准确性高、稳定性好。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种微球的编解码方法，包括以下步骤：S1，将多种含金属元素的纳米材料分别复合到微球中，形成多种微球；S2，采用脉冲宽度为纳秒级，单脉冲能量大于100mJ的脉冲激光对一个待测微球进行激光诱导击穿；S3，接收所述待测微球被诱导激发后发出的等离子体辐射光谱；S4，在所述等离子体辐射光谱中遍历谱峰，与标准原子光谱的标准谱峰数据进行比对，将数据吻合的参考元素判定为微球内纳米材料含有的金属元素，确定所述待测微球为相应金属元素的微球。优选的技术方案中，步骤S1中，通过溶胀法将含金属元素的纳米材料复合到微球中，复合前将金属元素的纳米材料使用表活剂进行同类表面修饰。还包括如下步骤：分别用所述脉冲激光对同一批次复合的多个微球进行激光诱导击穿；分别接收所述同一批次的多个待测微球被脉冲激光激发后发出的等离子体辐射光谱；将多个所述等离子体辐射光谱进行谱峰遍历后作为判定数据，与所述标准谱峰数据进行比对。步骤S4中，遍历波长谱峰，与标准波长谱峰数据进行对比。所述纳米材料中包含至少两种金属元素。所述金属元素为钠、镁、银、铜、锌中的一种或者多种的组合。所述纳米材料为银纳米材料、氧化亚铜纳米材料、氧化镁纳米材料或氧化锌纳米材料。本专利技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：一种用于如上所述的编解码方法的微球，所述微球上复合有含金属元素的纳米材料。一种微球的解码系统，包括脉冲激光源、扩束器、第一透镜、第二透镜、第三透镜、光纤、色散装置、线阵光电探测器和处理单元；所述脉冲激光源用于产生脉冲宽度为纳秒级，单脉冲能量大于100mJ的脉冲激光，经所述扩束器扩束后，通过所述第一透镜聚焦照射到一个待测微球进行激光诱导击穿，所述待测微球被脉冲激光诱导激发后发出的光辐射信号经过所述第二透镜准直、所述第三透镜聚焦后，耦合到所述光纤中；所述光纤用于将所述光辐射信号传输到所述色散装置，经过所述色散装置后被所述线阵光电探测器接收，得到激光诱导击穿产生的等离子体辐射光谱；所述处理单元用于在所述等离子体辐射光谱中遍历谱峰，与标准原子光谱的标准谱峰数据进行比对，将数据吻合的参考元素判定为微球内纳米材料含有的金属元素，确定所述待测微球为相应金属元素的微球。优选地，还包括扫描装置；所述扫描装置用于对所述扩束器出射的激光进行扫描移动传输到所述第一透镜。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的微球的编解码方法，将金属元素复合到微球上，利用一定能量密度的脉冲激光激发微球进行激光诱导击穿，从而利用元素原子的等离子体辐射光谱，根据等离子辐射光谱对比标准原子光谱判断相应金属元素的有无，确定待测微球的种类。编码过程中，可以利用丰富的金属元素材料及其组合进行微球编码，实现高通量检测，且利用原子谱峰不受化学状态、物理形态和其他外界作用影响的特点提供更加稳定的编码信号，使得编码解码更准确，稳定性好，抗干扰能力强。解码时，通过激光诱导击穿产生的等离子辐射光谱进行解码，等离子辐射光谱的谱峰为线性谱峰，不存在光谱重叠问题，从而提高了解码准确性，同时解放了编码的光谱空间限制，提高了编码潜力。本专利技术的微球的编解码方法，可以采用安全无毒的材料进行编码，对生物分子无毒害作用；制备、运输和保存过程更加简单、安全，降低了微球编码的成本，在生物医学分析和临床诊断中具有很好的应用前景。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式中的复合纳米银的微球受激发后的光谱波形图；图2是本专利技术具体实施方式中的复合纳米氧化亚铜的微球受激发后的光谱波形图；图3是本专利技术具体实施方式中的复合纳米氧化镁的微球受激发后的光谱波形图；图4是本专利技术具体实施方式中的复合纳米氧化锌的微球受激发后的光谱波形图；图5是将图1～4中的光谱波形归一化后放在同一个坐标系中的波形图；图6是本专利技术具体实施方式中的微球的解码系统的结构示意图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的构思是：对已有的微球编码方案进行深入研究，荧光编码技术基于荧光发光光谱，从而有多方面的局限性：(1)无论是荧光染料微球还是量子点微球，受限于荧光的发光原理，发射光的谱峰宽度都较宽，在多组分检测中容易导致信号重叠，从而直接影响芯片的编码潜力；(2)荧光的编码和解码依赖于光谱的波形，这在制备过程中要求同类微球拥有同样的荧光强度，而不同类微球要具备足够的可区分度，给制备工艺提出了较高的要求；(3)由于对荧光波形的高度依赖，解码过程也需要较为精细的强度拟合和分析方法，提高了编码的难度；(4)荧光染料的发光性能易受外界因素影响，给编码的稳定性带来威胁。基于上述分析，本专利技术考虑从光谱波形方面进行改进，提出原子光谱编码的概念，将激光诱导击穿产生等离子体光谱和生物芯片编码这两个跨度较大的
相结合。在荧光编码的过程中，光谱的重叠和过大的半高宽是制约编码性能的主要因素，从光谱学角度来说，减小半高宽，减少光谱重叠是重要的优化方向。在寻找适合条件的光谱的过程中，最终发现激光诱导击穿产生的等离子体光谱可以非常完美地满足需求，解决荧光编码过程中存在的多方面的局限性。本具体实施方式中，一种微球的编码方法包括以下步骤：S1，将多种含金属元素的纳米材料分别复合到微球中，形成多种微球。该步骤中，使用各种合成方法将含有金属元素的纳米材料合成到微球。例如，可将钠、镁、银、铜、锌中的一种或者多种的金属元素复合到微球上。本具体实施方式中，分别将四种纳米材料复合到微球上。四种材料分别为银、氧化亚铜、氧化镁和氧化锌纳米材料。合成时有多种方法可供选择，优选地，通过溶胀法将含金属元素的纳米材料复合到微球中，复合前将金属元素的纳米材料使用表活剂进行同类表面修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微球的编解码方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将多种含金属元素的纳米材料分别复合到微球中，形成多种微球；S2，采用脉冲宽度为纳秒级，单脉冲能量大于100mJ的脉冲激光对一个待测微球进行激光诱导击穿；S3，接收所述待测微球被诱导激发后发出的等离子体辐射光谱；S4，在所述等离子体辐射光谱中遍历谱峰，与标准原子光谱的标准谱峰数据进行比对，将数据吻合的参考元素判定为微球内纳米材料含有的金属元素，确定所述待测微球为相应金属元素的微球。

【技术特征摘要】
1.一种微球的编解码方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将多种含金属元素的纳米材料分别复合到微球中，形成多种微球；S2，采用脉冲宽度为纳秒级，单脉冲能量大于100mJ的脉冲激光对一个待测微球进行激光诱导击穿；S3，接收所述待测微球被诱导激发后发出的等离子体辐射光谱；S4，在所述等离子体辐射光谱中遍历谱峰，与标准原子光谱的标准谱峰数据进行比对，将数据吻合的参考元素判定为微球内纳米材料含有的金属元素，确定所述待测微球为相应金属元素的微球。2.根据权利要求1所述的微球的编解码方法，其特征在于：步骤S1中，通过溶胀法将含金属元素的纳米材料复合到微球中，复合前将金属元素的纳米材料使用表活剂进行同类表面修饰。3.根据权利要求1所述的微球的编解码方法，其特征在于：还包括如下步骤：分别用所述脉冲激光对同一批次复合的多个微球进行激光诱导击穿；分别接收所述同一批次的多个待测微球被脉冲激光激发后发出的等离子体辐射光谱；将多个所述等离子体辐射光谱进行谱峰遍历后作为判定数据，与所述标准谱峰数据进行比对。4.根据权利要求1所述的微球的编解码方法，其特征在于：步骤S4中，遍历波长谱峰，与标准波长谱峰数据进行对比。5.根据权利要求1所述的微球的编解码方法，其特征在于：所述纳米材料中包含至少两种金属元素。6.根据权利要求1所述的微球的编解码方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永红，何清华，孙树清，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44