基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法，首次将凸型图案生物化学传感器件的光学检测信号图像化后将包含图像凸型结构边界处的单位面积灰度值及其周围区域的单位面积灰度值的差值作为待测物目标分子的光学检测信号。本发明专利技术方法能够有效扣除凸型图案生物/化学传感器件基底的噪音信号并凸显凸型图案边界对检测信号的放大作用，因此有利于改善凸型图案生物/化学传感器件的检测性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物传感器领域，涉及一种凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法。
技术介绍
生物/化学传感器件往往需要检测浓度低而噪音大的生物或者化学物质，因此其检测灵敏度及检测准确性一直是其发展及应用的瓶颈。针对生物/化学传感器件的这些特点人们目前开发了具有较高灵敏度的基于荧光、吸收光在内的光学信号检测的生物/化学传感器件及阻抗、电流在内的电学信号检测的生物/化学传感器件。其中光学信号由于直观、易得、灵敏及适用范围广而占据了生物/化学传感器件信号检测的大半部分。但是在实际应用中生物/化学传感器件的噪音问题却仍然是影响其检测性能提高的主要因素。例如在生物芯片中人们发现构成生物芯片的一种基底材料-玻璃或者高分子材料，往往存在荧光信号并影响检测时样品所发射的荧光信号。这种基底材料上的荧光信号即基底噪音将影响所检测物质的检测限及准确性。为此人们不得不选取低噪音信号的材料以改善生物/化学传感器件的检测性能。事实上，人们已经为生物芯片研制了专门的低荧光噪音玻璃材料。但是这往往意味着成本的上升及可选取材料的减少，而且低噪音材料构建的生物/化学传感器件仍然存在基底少量背景噪音的干扰。最近人们的研究表明许多具有凸型结构的纳米材料往往具有较为优良的检测灵敏度。例如人们在硅基底上生长氧化锌纳米杆并将其用于核酸及蛋白质的检测中就获得了较高的灵敏度。而我们的研究还表明不仅仅凸型纳米结构材料，而且几乎所有凸型结构材料只要能够利用其凸型界面以聚集待测物目标分子并转化为相应的检测信号就能够借助其凹凸型边界对待测物目标分子的聚集所导致的放大作用而提高检测的灵敏度。如图1所示即使是在抗原浓度为O. lng/ml时利用荧光标记抗体进行检测时在凸型字符编码聚丙烯酰胺不倒翁型微载体的凸型字符边界处仍然能够观测到足够强度的荧光，而在其周围的荧光强度则很低。但是在检测中，一个不容忽视的问题是即使聚丙烯酰胺水凝胶也有一定强度的荧光背景即基底噪音。这在很大程度上干扰了其待测物目标分子的检测。因此目前迫切需要新的检测信号提取技术以进一步改善基于光学信号检测的凹凸结构生物/化学传感器件的检测性能。如图2所示，对于表面起作用的凸型结构生物/化学传感器件而言，在凸型图案边界处由于待测物目标分子的聚集其单位面积检测信号为单位面积内的基底噪音信号和聚集的大量待测物目标分子检测信号之和；而在凸型图案周围其单位面积的检测信号则为单位面积内的基底噪音信号与少量待测物目标分子检测信号之和，则凸型图案边界处的单位面积检测信号与凸型图案周围单位面积的检测信号之差即差值信号就是只与待测物目标分子浓度相关的信号。此时基底噪音就被扣除了。因此绘制不同待测物目标分子浓度与差值信号的工作曲线，在检测未知待测物时通过插值法即可获悉相较于传统不扣除基底噪音信号方法更为准确且灵敏的未知待测物中目标分子的浓度。目前对于待测物目标分子光学检测信号的获取方法包括荧光光谱法、吸收光谱法等。这些方法虽然检测精度较高较准确，但是由于需要繁琐的检测操作，因此限制其在包括生物芯片等高通量检测的许多领域的应用。而另外一方面，随着显微成像技术的发展，待测物目标分子的光学检测信号可以转化为图像信号，即图像信号的灰度值可以反映待测物目标分子的包括荧光信号、光吸收信号等的光学检测信号。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种能够有效扣除凸型图案生物/化学传感器件基底的噪音信号并凸显凸型图案边界对检测信号的放大作用，有利于改善凸型图案生物/化学传感器件检测性能的。技术方案本专利技术的基于凸型图案生物/化学传感器件的光学信号提取方法，包括以下步骤a)通过成像技术将凸型图案生物/化学传感器件的光学检测信号转换为图像信号;b)从步骤a)获取的图像信号中，分别提取凸型图案的凸型结构边界处的单位面积灰度值及其周围区域的单位面积灰度值，凸型图案的凸起边界周围区域为凸型图案所在平面上不包含凸起边界的区域；c)求得步骤b)中获得的凸型图案的凸型结构边界处的单位面积灰度值与凸起边界周围区域的单位面积灰度值的差值，作为待测物目标分子光学检测信号。本专利技术的步骤a)中，将凸型图案生物化学传感器件的检测信号转换为图像信号，是指通过成像设备获取凸型图案生物化学传感器件的图像然后从图像中提取包括单位面积灰度值在内的强度信号。本专利技术的步骤a)中，成像技术为各种显微镜拍照、扫描仪拍照或照相机拍照，成像设备包括光学显微镜、突光显微镜、红外显微镜、扫描仪或照相机。本专利技术的步骤b)中，提取凸型图案的凸起边界处的单位面积灰度值和凸起边界周围区域的单位面积灰度值的具体方法为分别从凸起边界处和凸起边界周围区域选定至少一个选定区域，然后通过计算机图像处理软件提取选定区域的灰度值和面积，转化为单位面积灰度值；如果凸起边界处或周围区域的选定区域为多个，则求取多个选定区域的单位面积灰度值的平均值，作为凸起边界处或周围区域的单位面积灰度值；如果凸起边界处或周围区域的选定区域为一个，则直接将选定区域的单位面积灰度值作为凸起边界处或周围区域的单位面积灰度值。有益效果本专利技术与现有技术相比，具有以下优点本申请首次将凸型图案生物/化学传感器件的光学检测信号图像化后将图像凸型结构边界处的单位面积灰度值及其周围区域的单位面积灰度值的差值作为待测物目标分子的光学检测信号。该方法能够有效扣除凸型图案生物/化学传感器件基底的噪音信号并凸显凸型图案边界对检测信号的放大作用，因此有利于改善凸型图案生物/化学传感器件的检测性能。为了进一步发展凸型图案生物/化学传感器件，本申请首次提出将凸型图案生物/化学传感器件的待测物目标分子光学检测信号通过显微成像技术转换为图像，然后提取图像凸型边界处的单位面积灰度值及其周围区域的单位面积灰度值，并进一步通过差值法获取凸型图案边界处检测信号与其周围检测信号的差值作为待测物目标分子光学检测信号以用于待测物目标分子的检测。该方法具有操作方便，适用范围广，检测性能优越等特在传感敏感材料固定至凸型图案边界区域及凸型图案周围区域后进行基于光学信号的生物/化学检测并以图像的结果呈现，然后将凸型图案边界处的图像信号与凸型图案周围区域的图像信号相减获取与待测物浓度相关的信号。该方法不仅能够有效扣除生物/化学传感器件的噪音信号，而且能够有效凸显凸型图案边界处传感敏感材料聚集所导致的信号放大作用，因此是改进基于光学信号检测的生物/化学传感器件检测性能的有效手段。附图说明图1为凸型字母E不倒翁微载体俯视示意图。图2为凸型字符编码聚丙烯酰胺不倒翁微载体上的免疫检测效果示意图A为凸型结构边界处；bl、b2为凸型结构周围区域；c为荧光标记抗原-抗体复合物。， 图3为通过夹心法进行荧光标记免疫分析凸型字母E不倒翁微载体的荧光显微示意图。图4为通过夹心法进行Cy3标记免疫分析凸型字母编码不倒翁聚丙烯酰胺微载体上抗原(人IgG)浓度对数与单位面积荧光强度关系图。其中单位面积荧光强度由实验所得荧光照片选定区域经图像处理提取灰度强度作为荧光强度而得到。夹心法免疫分析采用O. 1% (v/v)戊二醛PBS缓冲液孵育6h、60 μ g/mL羊抗人IgG的PBS缓冲液孵育5h、IOOng/mL人IgG的PBS缓冲液孵育时间2h、10 μ g/mL的Cy3标记羊抗人IgG的PBS缓冲液孵育Ih0□本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种的基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a）通过成像技术将凸型图案生物化学传感器件的光学检测信号转换为图像信号；b）从所述步骤a）获取的图像信号中，分别提取凸型图案的凸起边界处的单位面积灰度值和凸起边界周围区域的单位面积灰度值，所述凸型图案的凸起边界周围区域为凸型图案所在平面上不包含凸起边界的区域；c）求得所述步骤b）中获得的凸型图案的凸型结构边界处的单位面积灰度值与凸起边界周围区域的单位面积灰度值的差值，作为待测物目标分子光学检测信号。

【技术特征摘要】
1.ー种的基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 a)通过成像技术将凸型图案生物化学传感器件的光学检测信号转换为图像信号； b)从所述步骤a)获取的图像信号中，分别提取凸型图案的凸起边界处的単位面积灰度值和凸起边界周围区域的単位面积灰度值，所述凸型图案的凸起边界周围区域为凸型图案所在平面上不包含凸起边界的区域； c)求得所述步骤b)中获得的凸型图案的凸型结构边界处的单位面积灰度值与凸起边界周围区域的単位面积灰度值的差值，作为待测物目标分子光学检测信号。2.根据权利要求1所述的基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法，其特征在于，所述步骤a)中，将凸型图案生物化学传感器件的检测信号转换为图像信号，是指通过成像设备获取凸型图案生物化学传感器件的图像，然后从图像中提取包括単位面积灰度值在内的強度信号。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：