一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法技术

本发明专利技术公开了一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法。在生物细胞研究中，纳米粒子跨膜运动的定量化分析一直是一个瓶颈。本发明专利技术提出了一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法。相较于传统的互相关函数方法，本发明专利技术对视频图像进行轨迹追踪，根据轨迹追踪的结果，选取目标纳米粒子的位置信息，对目标纳米粒子进行互相关函数分析。本发明专利技术可以极大地提高分析的精度和准确性，有效解决了传统互相关函数方法由于细胞胞吞纳米粒子数量有限而导致的样本量过小的问题，极大提高了互相关函数方法的样本数和分析结果的鲁棒性。和分析结果的鲁棒性。和分析结果的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法


[0001]本专利技术涉及生物医学工程领域，尤其是研究纳米粒子跨越生物膜的运动速率表征。

技术介绍

[0002]纳米材料在生物和工业领域的应用是一个在最近十几年新兴的研究领域。目前为止，纳米材料已经被广泛应用于载药运输，荧光探针，生物膜传感器等多个领域，起到了极为重要的作用和研究前景。尽管有着巨大的应用前景和科研价值，人们对于在纳米粒子跨越膜结构的运动机制和反应原理依旧缺乏足够的了解。尤其是对于纳米粒子在细胞或者组织内的物质运输过程缺乏定量的认识。一个很重要的原因在于生物体系环境非常复杂，需要考虑的变量太多。当研究人员使用不同的实验方法观察细胞的时候，实验方法的改变往往造成实验结果难以相互比较。对于纳米粒子跨越膜结构的运动机制的研究将对研究人员应用纳米粒子起到极大的帮助。

技术实现思路

[0003]一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法，其特征在于，包括一下步骤：
[0004]S1，拍摄纳米粒子跨膜运动视频。
[0005]S2，对拍摄的视频进行单粒子轨迹追踪分析得到细胞内纳米粒子的运动轨迹。
[0006]S3，根据纳米粒子的运动轨迹给出的坐标分析纳米粒子轨迹所在的像素以及其给定相对位置的像素的互相关函数得到纳米粒子跨膜运动速率。
[0007]进一步的，步骤S1所述的视频使用共聚焦显微镜作为拍摄纳米粒子运动的设备。
[0008]进一步的，步骤S1所述的纳米粒子以荧光探针标记。
[0009]进一步的，步骤S1所述的纳米粒子如果本身具有荧光特性就不需要额外的荧光探针标记。
[0010]进一步的，步骤S2所述的单粒子轨迹追踪因为拍摄视频采样频率过高无法分析时，可以将视频内图像叠加生成采样频率较低的图像，加以分析。
[0011]进一步的，步骤S3所述的互相关函数得到的相关程度的最大值时的τ值就是纳米粒子跨膜时间
[0012]进一步的，还包括进一步更具互相关函数曲线计算出纳米粒子跨膜运动的速率和效率。
[0013]一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法，其特征在于使用共聚焦显微镜拍摄纳米粒子跨膜运动后进行单粒子轨迹追踪分析得到纳米粒子的运动轨迹后，根据纳米粒子运动轨迹进行互相关函数分析。
[0014]本专利技术的有益效果是，突破了单粒子轨迹追踪和互相关函数算法在生物细胞领域
各种的局限性，实现了对纳米粒子跨生物膜这一运动过程速率的测量。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的一个较佳的实例的流程图。
[0016]图2是本专利技术的一个较佳的实例中纳米粒子跨越细胞膜的视频的一张截图。
[0017]图3是本专利技术的一个较佳的实例中用于单粒子轨迹追踪的视频的一张截图。
[0018]图4是本专利技术的一个较佳的实例中单粒子轨迹追踪得到的单颗纳米粒子运动轨迹。
[0019]图5是本专利技术的一个较佳的实例中互相关函数输出的曲线。
[0020]具体实施方法
[0021]以下通过具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0022]本专利技术一个较佳实施例中，用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法流程大致如图1所示，具体步骤如下：
[0023]1)使用共聚焦拍摄量子点跨细胞膜膜运动视频，采样频率为500hz，放大倍数为100倍，视频中含有1000张图片，如图2所示。
[0024]2)将拍摄的视频依次序以10张图片为一组叠加合成为一张图片获得采样频率为50hz，一共100张图片的视频如图3所示。
[0025]3)对合成出的视频进行单粒子轨迹追踪，得到纳米粒子运动轨迹，如图4所示。
[0026]4)根据细胞图像，选取细胞膜部分与运动轨迹重叠的像素作为互相关函数分析的对象。
[0027]5)分析选取的像素和相邻的细胞膜内侧的像素的互相关函数，得到互相关函数曲线，如图5所示。
[0028]6)根据互相关函数曲线得到纳米粒子跨膜运动时间τ值。
[0029]7)根据纳米粒子跨膜运动时间τ值，计算纳米粒子跨越膜结构时的速率。
[0030]8)根据互相关函数峰值判断每一个轨迹对应的纳米粒子是否发生了跨膜运动。
[0031]9)根据互相关函数峰值的分布情况计算纳米粒子跨膜的效率。
[0032]以上详细描述了本专利技术的较佳具体实施例。应当理解，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思作出诸多修改和变化，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。因此，凡本
中技术人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法，其特征在于，包括一下步骤：S1，拍摄纳米粒子跨膜运动视频。S2，对拍摄的视频进行单粒子轨迹追踪分析得到细胞内纳米粒子的运动轨迹。S3，根据纳米粒子的运动轨迹给出的坐标分析纳米粒子轨迹所在的像素以及其给定相对位置的像素的互相关函数得到纳米粒子跨膜运动速率。2.根据权利要求1所述的分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法，其特征在于使用荧光显微镜作为拍摄纳米粒子运动的设备。3.根据权利要求1所述的分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪互相关函数方法，其特征在于步骤S1所述的纳米粒子以荧光探针标记。4.根据权利要求1所述的分析纳米粒子跨膜运动速率的轨迹追踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮刚，杨轩，史蒂文，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：