基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，采用毛细管电泳系统，以100‑1000碱基对DNA为分离对象，研究在直流电场下羟乙基纤维素溶液中毛细管电泳分离DNA时的噪声特性，根据不同情况下系统的噪声特性选择最佳系统电泳检测参数。本发明专利技术从毛细管电泳荧光信号检测系统中噪声来源的角度研究和分析的噪声对系统检测性能的影响，并给出系统最优参数。影响检测性能的主要噪声来源于激光器开启时电泳所引起的噪声。不同分离电场强度、缓冲溶液浓度和分子量、毛细管有效类型等环节的噪声均不同程度地引起电泳噪声的波动。在实现电泳过程中，需要根据现有条件合理选择仪器参数、试验用品和试验试剂，以实现最佳检测性能。

Determination of optimum parameters of electrophoresis based on noise analysis of capillary electrophoresis

The invention discloses a method to determine the optimal parameters of electrophoresis capillary electrophoresis based on noise, by capillary electrophoresis system with 100 1000 base pair DNA as the separation object. Study on the noise characteristics of the capillary electrophoresis separation of DNA hydroxyethyl cellulose solution in DC electric field when, according to the noise characteristics in different conditions of the system to select the best system electrophoresis parameters. The invention investigates and analyzes the influence of noise on the detection performance of the system from the point of view of the source of noise in the capillary electrophoresis fluorescence signal detection system, and gives the optimum parameters of the system. The main noise affecting the detection performance comes from the noise caused by electrophoresis when the laser is turned on. The noise of different separation electric field intensity, buffer concentration and molecular weight, capillary effective type and so on, all caused the fluctuation of electrophoresis noise in different degree. In the process of electrophoresis, it is necessary to select the instrument parameters, test articles and test reagents reasonably according to the existing conditions so as to achieve the best detection performance.

【技术实现步骤摘要】
基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法
本专利技术涉及一种基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，属于电子信息工程领域。
技术介绍
毛细管电泳作为高效的微分离分析方法广泛应用于临床医学、分子生物检测及蛋白质与核酸的分离分析等领域。毛细管电泳系统的结构如图2所示，激光器8的激发光经扩束镜9、激发光滤色片10、调节反光镜11、会聚透镜12照射到毛细管18，毛细管18固定于一维扫描平台6上。物镜17收集荧光，经调节镜13，由荧光滤色片14和共焦小孔15滤除背景噪声，到达光电倍增管16。现有的毛细管电泳系统的荧光信号检测系统中通常包括来自于分析仪器的杂散光噪声、放大电路的噪声、光电倍增管的噪声、静态光学噪声、激光器开启的静态噪声和脱氧核糖核酸电泳时引起的动态噪声等。在毛细管电泳中，有效信号的分离以及碱基信号峰的识别率都受到这些噪声的影响，如果能明确噪声来源，就能有针对性的从源头上采用物理措施、从检测分析阶段采用信号处理方法来抑制噪声，提高荧光信号的信噪比。奚正山、史大明、郑华、沈鑫等研究者针对毛细管电泳时引起的动态噪声，采用小波分析方法实现该非平稳电泳荧光信号的去噪。石岩通过软件模拟得到毛细管内的激发光光斑对毛细管各个角度的光强，用来考察毛细管内径对噪音分布的影响，通过软件模拟电泳分离DNA的筛分介质引起瑞利散射噪声。YULi提出光谱恢复的方法、GUILLAUMEL.EMY采用电泳背景噪声的估计方法实现信噪比的提升。这些研究方法主要侧重研究毛细管电泳荧光信号检测系统中激光器开启时毛细管电泳时引起的动态噪声，并采用高效的信号处理技术实现信噪比的提升。目前尚无文献全面分析毛细管检测系统噪声的来源、试验条件和实验对象改变时噪声的变化规律。
技术实现思路
针对现有技术中毛细管电泳系统的荧光信号检测系统存在的上述问题，本专利技术提供一种基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法。本专利技术的技术方案如下：基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：采用毛细管电泳系统，以100-1000碱基对DNA为分离对象，研究在直流电场下羟乙基纤维素溶液中毛细管电泳分离DNA时的噪声特性，根据不同情况下系统的噪声特性选择最佳系统电泳检测参数。进一步，所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法包括如下步骤：步骤1：分析仪器的噪声的物理抑制；步骤2：观察放大电路输出噪声；步骤3：观察光电倍增管输出噪声；步骤4：观察未加分离电场时的静态噪声；步骤5：观察加分离电场时DNA毛细管电泳引起的动态噪声；步骤6：步骤2至步骤5中的噪声分析，得到该检测系统中信噪比最佳的优化参数。进一步，所述步骤1的具体步骤包括：采用遮光布和遮光板阻挡外部杂散光，构建密闭箱、保持实验室恒温通风环境避免内部杂散光，安装摄影镜头遮光罩和挡光环阻挡成像杂散光。进一步，所述步骤2的具体步骤包括：关闭光电倍增管，观察放大电路的输出端的噪声情况，其中输出数据通过数据采集卡采集，并经由计算机软件得到噪声时域波形，得到时长为10秒的噪声均值和方差。进一步，所述步骤3的具体步骤包括：将光电倍增管和放大电路经数据线连接，关闭激光器，将黑纸挡住光电倍增管光路；打开连接光电倍增管电源，测量输出噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差。进一步，所述步骤4的观察变量条件包括毛细管内未加荧光染料和毛细管内填充荧光染料两种情况；其中：毛细管内未加荧光染料：毛细管内未添加SYBRGreenI荧光染料，只有缓冲溶液；开启激光器，不加分离电场，采集噪声波形，得到时长为10秒的噪声均值和方差；毛细管内填充荧光染料：毛细管内填充含有SYBRGreenI荧光染料的缓冲溶液，不加分离电场，采集噪声波形，得到时长为10秒的噪声均值和方差。进一步，所述步骤5的观察条件包括基础条件和变量条件，其中：基础条件为毛细管内填充SYBRGreenI荧光染料的缓冲溶液，以100-1000碱基对DNA为分离对象，两端施加直流电压，DNA在毛细管电泳时引起动态噪声；变量条件包括：改变分离电场强度时噪声特性：改变分离电场强度200V/cm、300V/cm、400V/cm、500V/cm、600V/cm、700V/cm、800V/cm，其他参数固定，观察DNA在毛细管电泳时引起动态噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差；改变缓冲溶液浓度时噪声特性：改变缓冲溶液浓度0.4％、0.6％、0.8％、1.0％，其他参数固定，观察DNA在毛细管电泳时引起动态噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差；改变缓冲溶液分子量时噪声特性：改变缓冲溶液分子量250K、720K、1300K，其他参数固定，观察DNA在毛细管电泳时引起动态噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差；改变毛细管类型时噪声特性：选用圆形截面毛细管的内径75μm、50μm，毛细管正方形内截面边长为50μm，，其他参数固定，观察DNA在毛细管电泳时引起动态噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差；改变毛细管有效长度时噪声特性：改变毛细管有效长度8cm、10cm、12cm，其他参数固定，观察DNA在毛细管电泳时引起动态噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差。进一步，所述步骤6包括分析静态噪声和分析动态噪声，其中：分析静态噪声：选择合适的物理部件，所述合适的物理部件包括噪声更小、精度更高的放大电路和光电倍增管；分析动态噪声：选择各种条件小噪声均值和方差均为较小的实验参数，作为最优毛细管电泳检测参数。本专利技术的有益效果如下：从毛细管电泳荧光信号检测系统中噪声来源的角度研究和分析的噪声对系统检测性能的影响，并给出系统最优参数。研究发现影响检测性能的主要噪声来源于激光器开启时电泳所引起的噪声。不同分离电场强度、缓冲溶液浓度和分子量、毛细管有效类型等环节的噪声均不同程度地引起电泳噪声的波动。在实现电泳过程中，需要根据现有条件合理选择仪器参数、试验用品和试验试剂，以实现最佳检测性能。附图说明图1是毛细管电泳系统外部结构图；图2是毛细管电泳系统内部结构图；图3是基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测系统最优参数的方法流程图。图中：1、遮光布；2、遮光板；3、密闭箱；4、摄影镜头遮光罩；5、挡光环；6、一维扫描平台；7、数据采集卡；8、激光器；9、扩束镜；10、激发光滤色片；11、调节反光镜；12、会聚透镜；13、调节镜；14、荧光滤色片；15、共焦小孔；16、光电倍增管；17、物镜；18、毛细管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术采用毛细管电泳系统，以100-1000碱基对DNA为分离对象，研究在直流电场下羟乙基纤维素溶液中毛细管电泳分离DNA时的噪声特性，根据不同情况下系统的噪声特性选择最佳系统电泳检测参数。毛细管电泳系统置于如图1所示的密闭箱中，毛细管电泳系统检测原理如图2。激光器8的激发光经扩束镜9，激发光滤色片10，调节反光镜11，会聚透镜12照射到毛细管18，毛细管固定于一维扫描平台6。物镜17收集荧光，经调节镜13，由荧光滤色片14和共焦小孔15滤除背景噪声，到达光电倍增管16。本专利技术的实现的具体步骤如下：第1步、分析仪器的噪声的物理抑制采用物理方法抑制分析仪器噪声。具体步骤包括安装遮光布1和遮光板2阻挡外部杂散光，构建密闭箱3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：采用毛细管电泳系统，以100‑1000碱基对DNA为分离对象，研究在直流电场下羟乙基纤维素溶液中毛细管电泳分离DNA时的噪声特性，根据不同情况下系统的噪声特性选择最佳系统电泳检测参数。

【技术特征摘要】
1.基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：采用毛细管电泳系统，以100-1000碱基对DNA为分离对象，研究在直流电场下羟乙基纤维素溶液中毛细管电泳分离DNA时的噪声特性，根据不同情况下系统的噪声特性选择最佳系统电泳检测参数。2.根据权利要求1所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：分析仪器的噪声的物理抑制；步骤2：观察放大电路输出噪声；步骤3：观察光电倍增管输出噪声；步骤4：观察未加分离电场时的静态噪声；步骤5：观察加分离电场时DNA毛细管电泳引起的动态噪声；步骤6：步骤2至步骤5中的噪声分析，得到该检测系统中信噪比最佳的优化参数。3.根据权利要求2所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：采用遮光布和遮光板阻挡外部杂散光，构建密闭箱、保持实验室恒温通风环境避免内部杂散光，安装摄影镜头遮光罩和挡光环阻挡成像杂散光。4.根据权利要求2所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：关闭光电倍增管，观察放大电路的输出端的噪声情况，其中输出数据通过数据采集卡采集，并经由计算机软件得到噪声时域波形，得到时长为10秒的噪声均值和方差。5.根据权利要求2所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤包括：将光电倍增管和放大电路经数据线连接，关闭激光器，将黑纸挡住光电倍增管光路；打开连接光电倍增管电源，测量输出噪声，得到时长为10秒的噪声均值和方差。6.根据权利要求2所述的基于毛细管电泳噪声分析确定电泳检测最优参数的方法，其特征在于：所述步骤4的观察变量条件包括毛细管内未加荧光染料和毛细管内填充荧光染料两种情况；其中：毛细管内未加荧光染料：毛细管内未添加SYBRGreenI荧光染料，只有缓冲溶液；开启激光器，不加分离电场，采集噪声波形，得到时长为10秒的噪声均值和方差；毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈功，朱锡芳，邹全，许清泉，任永祥，杨辉，张晓敏，王研，徐歌晨，上官淼裔，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32