CN114354465A - 一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，包括步骤一：获取已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片和未内化纳米材料细胞的高光谱图片；步骤二：将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理，再用获取的光源光谱对平滑后的高光谱图片进行光谱校正；步骤三：选取步骤二中经过平滑处理和光源校正且已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片，选取部分可能是纳米材料的像素，转为该纳米材料的初始库；步骤四：用步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米材料细胞的高光谱图片，将步骤三得到的初始库进行过滤以去除假阳性。
Description
技术领域
本申请涉及暗场高光谱显微成像技术领域的应用，具体地，涉及一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法。
背景技术
高光谱技术是遥感科学的重要成像技术，近些年来，在显微成像中，结合了暗场显微成像系统的高光谱技术是一种原位识别生物体内纳米材料的新型方法。装配有独特分光光度计的高光谱成像系统中同时配备电荷耦合器件(CCD)相机，可记录波长在400-1000nm的可见-近红外波段内独特的光谱曲线。在遥感成像中，高光谱库是进行底物识别、遥感解译和影像分类的基础，建立高光谱库的方法已经十分成熟。但是在微观尺度下，由于生物组成成份的复杂性，利用传统的建库方法无法达到较好的分类结果。
纳米材料被细胞内化后，由于细胞环境的复杂性，会导致其特征光谱曲线发生改变。例如在细胞中金纳米粒子的表面会形成蛋白冠，表面的蛋白冠会导致金纳米粒子的表面等离子体共振发生改变，同时纳米金周围的介电环境的差异也会导致这种改变，所以纳米金在细胞内的光谱曲线与细胞外的光谱曲线存在普遍差异。因此，如果光谱库中不能包含这些细胞中纳米材料完整的光谱曲线，会导致识别的结果不完整。目前多数研究是在细胞外收集悬浮液中纳米材料的光谱去建立高光谱库，但是这种高光谱库仅仅只能代表细胞外纳米材料的特征光谱，不能识别细胞中处于多种状态的纳米材料。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，建立更加准确、完整的高光谱库去识别细胞内化的纳米材料。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，包括如下步骤：
步骤一：获取已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片和未内化纳米材料细胞的高光谱图片；
步骤二：将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理，再用获取的光源光谱对平滑后的高光谱图片进行光谱校正；
步骤三：选取步骤二中经过平滑处理和光源校正且已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片，选取部分可能是纳米材料的像素，转为该纳米材料的初始库；
步骤四：用步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米材料细胞的高光谱图片，将步骤三得到的初始库进行过滤以去除假阳性。
优选地，步骤一中，所述的纳米材料为纳米金或者纳米银。
具体地，在步骤二中，利用ENVI 4.8软件中的Adjacent Band Averaging功能将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理。
具体地，在步骤三中，在ENVI 4.8软件中，选取部分可能是纳米材料的像素，将其设为Region of Interest(ROI)，并利用Convert ROI to Spectral Library功能将上述Region of Interest转为该纳米材料的初始库。
优选地，在步骤三中，Region of Interest(ROI)像素的数量在3000个以上，并根据纳米材料光谱曲线与细胞背景光谱曲线的差异程度决定。
具体地，在步骤四中，利用ENVI 4.8软件中Filter Spectral Library功能和步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米材料细胞的高光谱图片，将步骤三得到的初始库进行过滤以去除假阳性。
优选地，步骤四中，用未内化纳米材料细胞的高光谱图片过滤5次以上，将光谱库内的假阳性光谱彻底去除。
有益效果：本发明利用确立ROI再过滤去除假阳性光谱的方法，收集细胞已内化纳米材料的高光谱去建立高光谱库，能够更加准确且完整地识别细胞中的纳米材料，对高光谱技术应用于研究纳米材料在单细胞中的分布和定量提供基础。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是经过平滑处理和光谱校正且未内化纳米金细胞的高光谱图像。
图2是经过平滑处理和光谱校正且已内化纳米金细胞的高光谱图像。
图3是选取可能是纳米金的像素(红色像素)设为ROI。
图4是纳米金的初始库。
图5是经过滤后的纳米金光谱库。
图6是对比胞外纳米金确立高光谱库与细胞内化纳米金高光谱库的识别效果。
图7是经过平滑处理和光谱校正且未内化纳米银细胞的高光谱图像。
图8是经过平滑处理和光谱校正且已内化纳米银细胞的高光谱图像。
图9是选取可能是纳米银的像素(红色像素)设为ROI。
图10是纳米银的初始库。
图11是经过滤后的纳米银光谱库。
图12是对比胞外纳米金确立高光谱库与细胞内化纳米银高光谱库的识别效果。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
本实施例提供一种建立细胞内化纳米金高光谱库的方法，包括以下步骤：
步骤一：获取已经内化了纳米金细胞的高光谱图片和未内化纳米金细胞的高光谱图片。在六孔板中放入无菌盖玻片，将HeLa细胞接种在六孔板中生长24h并贴壁生长在盖玻片上，随后更换含有纳米金的培养基，细胞吸收纳米金后用PBS缓冲液清洗5遍，随后加入含2％多聚乙醛的PBS溶液将细胞固定。使用暗场高光谱显微镜，对此吸收了纳米金的细胞进行成像；同样，对没有吸收纳米金的细胞进行成像，获取未内化纳米金细胞的高光谱图片作为对照。
步骤二：利用ENVI4.8软件中的Adjacent Band Averaging功能将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理，再用获取的光源光谱对平滑后的高光谱图片进行光谱校正得到图1和图2。
步骤三：选取步骤二中经过平滑处理和光源校正且已经内化了纳米金细胞的高光谱图片(图2)，在ENVI4.8软件中，如图3选取可能是纳米金的像素，将其设为Region ofInterest(ROI)，并且利用Convert ROI to Spectral Library功能将ROI转为该纳米金初始库，如图4。
步骤四：利用Filter Spectral Library功能和10张步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米金细胞的高光谱图片(图1)，将步骤三得到的初始库进行过滤10次以去除假阳性。最后得到如图5所示的最终高光谱库，该高光谱库为细胞内化纳米金的高光谱库。如图6所示，相比于胞外纳米金确立的高光谱库，在去除了库中假阳性高光谱的前提下，利用该细胞内化纳米金的高光谱库识别出了细胞中更多的纳米金，这说明了细胞内化纳米金的高光谱库能够更加准确且完整的识别细胞中的纳米金。
实施例2
本实施例提供一种建立细胞内化纳米银高光谱库的方法，包括以下步骤：
步骤一：获取已经内化了纳米银细胞的高光谱图片和未内化纳米银细胞的高光谱图片。在六孔板中放入无菌盖玻片，将HepG2细胞接种在六孔板中生长24h并贴壁生长在盖玻片上，随后更换含有纳米银的培养基，细胞吸收纳米银后用PBS缓冲液清洗5遍，随后加入含2％多聚乙醛的PBS溶液将细胞固定。使用暗场高光谱显微镜，对此吸收了纳米银的细胞进行成像；同样，对没有吸收纳米银的细胞进行成像，获取未内化纳米银细胞的高光谱图片作为对照。
步骤二：利用ENVI4.8软件中的Adjacent Band Averaging功能将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理，再用获取的光源光谱对平滑后的高光谱图片进行光谱校正得到图7和图8。
步骤三：选取步骤二中经过平滑处理和光源校正且已经内化了纳米银细胞的高光谱图片(图8)，在ENVI4.8软件中，如图9选取可能是纳米银的像素，将其设为Region ofInterest(ROI)，并且利用Convert ROI to Spectral Library功能将ROI转为该纳米银初始库，如图10。
步骤四：利用Filter Spectral Library功能和10张步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米银细胞的高光谱图片(图7)，将步骤三得到的初始库进行过滤10次以去除假阳性。最后得到如图11所示的最终高光谱库，该高光谱库为细胞内化纳米银的高光谱库。如图12所示，相比于胞外纳米银确立的高光谱库，在去除了库中假阳性高光谱的前提下，利用该细胞内化纳米银的高光谱库识别出了细胞中更多的纳米银，这说明了细胞内化纳米银的高光谱库能够更加准确且完整的识别细胞中的纳米银。
本发明提供了一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：获取已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片和未内化纳米材料细胞的高光谱图片；
步骤二：将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理，再用获取的光源光谱对平滑后的高光谱图片进行光谱校正；
步骤三：选取步骤二中经过平滑处理和光源校正且已经内化了纳米材料细胞的高光谱图片，选取部分可能是纳米材料的像素，转为该纳米材料的初始库；
步骤四：用步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米材料细胞的高光谱图片，将步骤三得到的初始库进行过滤以去除假阳性。
2.根据权利要求1所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，步骤一中，所述的纳米材料为纳米金或者纳米银。
3.根据权利要求1所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，在步骤二中，利用ENVI 4.8软件中的Adjacent Band Averaging功能将步骤一中获取的所有高光谱图片进行平滑处理。
4.根据权利要求1所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，在步骤三中，在ENVI 4.8软件中，选取部分可能是纳米材料的像素，将其设为Region ofInterest，并利用Convert ROI to Spectral Library功能将上述Region of Interest转为该纳米材料的初始库。
5.根据权利要求4所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，在步骤三中，Region of Interest像素的数量在3000个以上，并根据纳米材料光谱曲线与细胞背景光谱曲线的差异程度决定。
6.根据权利要求1所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，在步骤四中，利用ENVI 4.8软件中Filter Spectral Library功能和步骤二中经过平滑处理和光源校正且未内化纳米材料细胞的高光谱图片，将步骤三得到的初始库进行过滤以去除假阳性。
7.根据权利要求6所述的建立细胞内化纳米材料高光谱库的方法，其特征在于，步骤四中，用未内化纳米材料细胞的高光谱图片过滤5次以上，将光谱库内的假阳性光谱彻底去除。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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