[发明专利]基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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0.1ng/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。

发明内容

技术问题：本发明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基于凸型图案生物化学传感器件的信号提取方法。

技术方案：本发明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。

本发明的步骤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。

本发明的步骤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、荧光显微镜、红外显微镜、扫描仪或照相机。