CN116626286A - 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置 - Google Patents

基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116626286A
CN116626286A CN202211089856.1A CN202211089856A CN116626286A CN 116626286 A CN116626286 A CN 116626286A CN 202211089856 A CN202211089856 A CN 202211089856A CN 116626286 A CN116626286 A CN 116626286A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aptamer
thermal imaging
mobile phone
laser
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211089856.1A
Other languages
English (en)
Inventor
蔡仲雨
焦富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202211089856.1A priority Critical patent/CN116626286A/zh
Publication of CN116626286A publication Critical patent/CN116626286A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346—Nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/10—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using catalysis
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

一种基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法及装置，通过“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”(TMB)的溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒(AuNPs)溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成3,3′,5,5′－四甲基联苯胺的氧化物(TMBox)，采用近红外光源激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像信息得到水体中污染物抗生素的测量结果。

Description

基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置
技术领域
本发明涉及光学生物传感技术领域，具体涉及一种基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法及装置，通过将化学名称为“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”(TMB)的溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒(AuNPs)溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成3,3′,5,5′－四甲基联苯胺的氧化物(TMBox)，采用近红外光源激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像技术得到待测目标物含量及浓度等结果。
背景技术
红外热成像技术，简称热成像技术，能够将目标物体发出的红外辐射信号以一种可分辨的温度图像的形式呈现出来。与传统的温度测量方式不同，它具有响应速度快、分辨率高、测温面积大，非接触等优势。这些独特的技术优势使得热成像技术被广泛地应用在工业生产、故障检测、疾病诊断等方面。在最新的科学研究中，Fu Jiao等人报道了一种以热成像技术为基础的免疫生物传感器(Fu Jiao,LuYu Wei,Zhilong Wang,Long Wu,YiPingChen,DaMing Dong.Enzyme-modulated photothermal immunoassay of chloramphenicolresidues in milk and egg using a self-calibrated thermal imager.FoodChemistry.2022:133232.)，能够高精度的检测食品中的污染物成分，证明了热成像技术在生物传感器的构建方面同样具有很大的应用潜力，但其检测设备所依靠的还是大型科研级热像仪，仪器的使用相对复杂且成本较高，不利于低成本、便携式的现场检测需求。
核酸适配体是可以识别并与靶标分子结合的单链核酸分子(DNA或RNA分子)。由于核酸适配体具有选择性高、特异性好、分子量小、易于修饰、稳定性好、成本低廉、没有毒性等特点，在病原检测及其他小分子识别方面具有很大的潜力。近年来，随着适配体技术的不断演变，基于适配体的生物传感器(适配体传感器)受到了人们的广泛关注。与传统的免疫传感器相比，适配体传感器在识别生物信息方面具有很多优势，例如适配体体积小、性价比高、稳定性好等特点。它们以核酸检测为基础，并与传统的信号转换技术相结合来实现对于生物信息(所述生物信息指例如：食品致病菌，水体中的污染物(抗生素，重金属)等。)的高精度检测。其中，最具代表性的信号转换技术包括比色法和荧光法，也是目前所报道的适配体传感器中最常用的信号读出方法。此外，电化学，共振散射，激光诱导击穿光谱，表面增强拉曼等技术手段也被尝试应用到适配体传感器的构建当中，并且取得了不错的应用效果。
尽管围绕上述技术手段所构建的适配体传感器在某些领域内具有一定的优势，但仍存在测量结果难以量化，灵敏度低(如荧光适配体传感器，可见光适配体传感器等)，仪器价格高昂且复杂以及设备的使用专业性要求高(如表面增强拉曼适配体传感器，激光诱导击穿光谱适配体传感器等)等问题严重的制约了适配体传感器在实际生产应用中的使用性能。因此探索全新的信号转换技术手段仍然是非常必要的。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于热成像便携式智能手机适配体传感器检测分析方法及装置，通过将“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”(TMB)的溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒(AuNPs)溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成3,3′,5,5′－四甲基联苯胺的氧化物(TMBox)，采用近红外光源激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像信息得到待测目标物含量结果。
本发明的技术解决方案如下：
基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，包括将化学名称为“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”的TMB溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒(AuNPs)溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成3,3′,5,5′－四甲基联苯胺的氧化物(TMBox)，采用近红外激光激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像信息得到待测目标物含量及浓度结果。
所述金纳米颗粒的尺度规格为13±1nm，所述近红外激光的波长为808nm，近红外激光光源的激发时间为20s，近红外激光光源的激光功率为2W，近红外激光光源距离样品的直射距离为5cm。
所述待测目标物为卡那霉素(Kanamycin，KANA)，所述核酸适配体为KANA特异性核酸适配体(碱基序列为：5’-TGG GGG TTG AGG CTA AGC CGA-3’)。
Y＝0.05X+23.4，其中Y表示红外辐射温度，X表示卡那霉素浓度。
所述待测目标物为水体中的抗生素，所述抗生素为氯霉素或多西环素或新霉素B或链霉素或妥布霉素或四环素或氨苄青霉素，所述核酸适配体为氯霉素适配体或多西环素适配体或新霉素B适配体或链霉素适配体或妥布霉素适配体或四环素适配体或氨苄青霉素适配体，氯霉素适配体的碱基序列为5′-ACT TCA GTG AGT TGT CCC ACG GTC GGC GAG TCGGTG GTA G-3′，多西环素适配体的碱基序列为5’-GCATGCCTTAAGCGATCG-N35-CCATATTATAAGGCATGC-3’，新霉素B适配体的碱基序列为5’-GGCCUGGGCGGAGAAGUUUAGGCC-3’，链霉素适配体的碱基序列为5’-TAGGGAATTCGTCGACGGATCCGGGGTCTGGTGTTCTGCTTTGTTCTGTCGGGTCGT-3’，妥布霉素适配体的碱基序列为5’-GACTAGGCACTAGTC-3’，四环素适配体的碱基序列为5’-CGTACGGAATTCGCTAGCCCCCCGGCAGGCCACGGCTTGGGTTGGTCCCACTGCGCGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3’，氨苄青霉素适配体的碱基序列为3'-GCGGGCGGTTGTATAGCGG-5'。
所述红外热成像信息由手机式热成像仪采集，所述手机式热成像仪通过固定支架安装在暗室的侧壁外表面，所述暗室内设置有样品池，所述暗室的侧壁设置有激光光源和激光控制单元，所述激光控制单元连接智能手机。
所述激光控制单元包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
包括以下步骤，
步骤1，将金纳米颗粒与TMB溶液混合，利用金纳米颗粒的酶催化性质将TMB氧化，可以生成TMBox；
步骤2，将金纳米颗粒与核酸适配体混合后再与TMB溶液进行混合，随后加入待测目标物与核酸适配体进行特异性的捕获，失去保护的金纳米颗粒再次将TMB氧化生成TMBox，将反应后的溶液移至样品池进行测量；
步骤3，通过手机蓝牙控制附加近红外激光光源的启动；
步骤4，保持固定的激光功率，光源直射距离，光源激发时间对样品池中的样品进行照射；
步骤5，通过手机软件控制手机式热成像仪采集待测样品的热图像信息，并对测量结果进行相应的处理和分析。
所述TMBox为TMB的氧化产物，吸收峰位于690nm，采用近红外激光光源激发，能够产生温度升高。
基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析装置，其特征在于，包括暗室，所述暗室的侧壁外表面设置有通过固定支架连接的手机式热成像仪，所述暗室的尺寸为：100×150×100mm，所述暗室的内底面设置有样品池支架，所述的暗室的顶面为可开启盒盖，所述暗室的侧壁设置有激光光源和激光控制单元，所述激光控制单元包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
本发明的技术效果如下：本发明基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法及装置，首次提出将红外热成像技术与核酸检测技术相结合，提出了基于热成像技术的适配体智能手机传感器检测新方法，并且围绕着手机式热成像设备设计了传感器检测装置，能够有效实现水体中抗生素的高精度快速检测，克服了目前适配体传感器测量结果难以量化，灵敏度低，仪器价格高昂且复杂，设备的使用专业性要求高以及难以满足现场检测需求等问题。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明无需配置检测大型装置，仅需68mm×34mm×10mm大小的低成本手机式热像仪附件极大地简化了测量装置并降低了系统成本，方便用户随身携带，而且计算和分析步骤均可以通过手机端的操作软件实现。
2)本发明提出以非标记核酸适配体结合金纳米颗粒来调节其酶催化属性同时实现对于TMB的氧化程度的调控进而最终实现对于特定目标物含量的检测。所采用的核酸适配体的合成成本低、化学性质稳定、便于储存运输。
3)本发明所提出的适配体传感器的样品检测速度快，仅需20s即可实现对待测目标物浓度的读取，并且具有很高的检测精度。
4)本发明的实际应用能力强，对实际样品进行检测时，无需对样品进行前处理，即可实现对于待测目标物的检测。
5)本发明可以实现多重待测物的检测，仅需更换特定的适配体即可。
附图说明
图1是实施本发明基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析装置结构示意图。
图2是图1中的激光控制单元结构示意图。图2中包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
图3是卡那霉素浓度与测量得到的红外辐射温度之间的关联曲线示意图。图3的横坐标为KANA(卡那霉素)浓度(ng/mL)，横坐标刻度值为0，200，400，···，1000，纵坐标为温度T(℃)，纵坐标刻度值为20，25，30，···，60。图3中内框为卡那霉素浓度(0，50～250ng/mL)与红外辐射温度(24，26～34℃)之间拟合而成的定标线相关部分示意图，Y＝0.05X+23.4，R2＝0.99，其中Y表示红外辐射温度，X表示KANA浓度，R表示线性相关系数。
附图标记列示如下：1-智能手机；2-手机式热成像仪；3-暗室(可以采用3D打印而成的暗室)；4-样品池支架；5-样品池；6-激光光源；7-激光控制单元；8-热成像仪外部固定支架；9-拍照孔；10-固定卡扣；11-可开启盒盖。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图3)和实施例对本发明进行说明。
图1是实施本发明基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析装置结构示意图。图2是图1中的激光控制单元结构示意图。图3是卡那霉素浓度与测量得到的红外辐射温度之间的关联曲线示意图。参考图1至图3所示，基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，包括将化学名称为“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”的TMB溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒(AuNPs)溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成3,3′,5,5′－四甲基联苯胺的氧化物(TMBox)，采用近红外激光激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像信息得到待测目标物含量结果。所述金纳米颗粒的尺度规格为13nm，所述近红外激光光源的波长为808nm，近红外激光光源的激发时间为20s，近红外激光光源的激光功率为2W，近红外激光光源距离样品的直射距离为5cm。所述待测目标物为水体中的抗生素。所述待测目标物为卡那霉素，所述核酸适配体为KANA特异性核酸适配体(碱基序列为：5’-TGG GGG TTGAGG CTA AGC CGA-3’)。Y＝0.05X+23.4，其中Y表示红外辐射温度，X表示卡那霉素浓度。
所述待测目标物仅可以根据实际检测对抗生素及适配体进行更换，例如，待测目标物为氯霉素，核酸适配体为氯霉素适配体(亲和力较强的碱基序列如：“5′-ACT TCA GTGAGT TGT CCC ACG GTC GGC GAG TCG GTG GTA G-3′”)；待测目标物为多西环素,核酸适配体为多西环素适配体(亲和力较强的碱基序列如：5’-GCATGCCTTAAGCGATCG-N35-CCATATTATAAGGCATGC-3’)；待测目标物为新霉素B，核酸适配体为新霉素B适配体(亲和力较强的碱基序列如：5’-GGCCUGGGCGGAGAAGUUUAGGCC-3’)；待测目标物为链霉素，核酸适配体为链霉素适配体(亲和力较强的碱基序列如：5’-TAGGGAATTCGTCGACGGATCCGGGGTCTGGTGTTCTGCTTTGTTCTGTCGGGTCGT-3’)；待测目标物为妥布霉素，核酸适配体为妥布霉素适配体(亲和力较强的碱基序列如：5’-GACTAGGCACTAGTC-3’)；待测目标物为四环素，核酸适配体为四环素适配体(亲和力较强的碱基序列如：5’-CGTACGGAATTCGCTAGCCCCCCGGCAGGCCACGGCTTGGGTTGGTCCCACTGCGCGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3’)；。待测目标物为氨苄青霉素，核酸适配体为氨苄青霉素适配体(亲和力较强的碱基序列如：3'-GCGGGCGGTTGTATAGCGG-5')。
所述红外热成像信息由手机式热成像仪采集，所述手机式热成像仪通过固定支架安装在暗室的侧壁外表面，所述暗室内设置有样品池，所述暗室的侧壁设置有激光光源和激光控制单元，所述激光控制单元连接智能手机。所述激光控制单元包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
包括以下步骤，步骤1，将金纳米颗粒与TMB溶液混合，利用金纳米颗粒的酶催化性质将TMB氧化，可以生成TMBox；步骤2，将金纳米颗粒与核酸适配体混合后再与TMB溶液进行混合，随后加入待测目标物与核酸适配体进行特异性的捕获，失去保护的金纳米颗粒再次将TMB氧化生成TMBox，将反应后的溶液移至样品池进行测量；步骤3，通过手机蓝牙控制附加近红外激光光源的启动；步骤4，保持固定的激光功率，直射距离，激发时间对样品池样品进行照射；步骤5，通过手机软件控制手机式热成像仪采集待测样品的热图像信息，并对测量结果进行相应的处理和分析。所述TMBox为TMB的氧化产物，吸收峰位于690nm，采用近红外光源激发，能够产生温度升高。
基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析装置，包括暗室3，所述暗室3的侧壁外表面设置有通过固定支架(热成像仪外部固定支架8)连接的手机式热成像仪2，所述暗室3的内底面设置有样品池支架4(其上有样品池5)，所述的暗室3的顶面为可开启盒盖11，所述暗室3的侧壁设置有激光光源6和激光控制单元7，所述激光控制单元7包括连接智能手机1的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源6，所述微控制单元与电源相连接。所述暗室3的侧壁开设有拍照孔9，暗室底面与侧面交界处有固定卡扣10。
本发明提供一种基于热成像技术的便携式适配体传感器检测分析方法及检测装置。本发明将热成像技术与核酸适配体检测相结合，采用手机式热像仪作为测量仪器，通过常见的智能手机实现光源控制，数据采集，数据分析的功能。同时，通过近红外激光激发TMBox在极短的时间内(20s)产生较高的温度变化，将生物信号转化为温度信号并通过手机式热像仪进行测量和读取，最终实现对待测目标物含量检测的目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于热成像技术的便携式适配体传感器检测分析方法，包括以下步骤，
1)将纳米金颗粒与TMB溶液混合，利用金纳米颗粒的酶催化性质将TMB氧化，可以生成TMBox。
2)将纳米金颗粒与核酸适配体混合，后再与TMB溶液进行混合，随后加入目标物与核酸适配体进行特异性的捕获，失去保护的纳米金颗粒再次将TMB氧化，生成TMBox，将反应后的溶液移至样品池进行测量。
3)通过手机蓝牙控制附加近红外激光光源的启动。
4)保持固定的激光功率，光源直射距离，光源激发时间对样品池中的样品进行照射。
5)通过手机软件控制手机热像仪采集待测样品的热图像信息，并对测量结果进行相应的处理和分析。
进一步地，所述纳米金颗粒选用为13nm的金纳米颗粒。
所述TMB试剂的化学名称为3,3′,5,5′－四甲基联苯胺。
所述近红外激光的波长为808nm。
所述TMBox为TMB的氧化产物，吸收峰位于690nm，采用近红外光源激发，能够产生温度升高。
所述的激光功率为2W，距离样品的直射距离为5cm，激光的激发时间为20s。
一种基于热成像技术的便携式适配体传感器的检测装置，包括，
前侧壁构造有拍照口的暗室、设置在暗室左侧的光源以及光源的附加控制单元、设置在暗室中部的样品支架以及设置在暗室拍照口外侧智能终端固定架，所述的暗室的顶面为可开启盒盖。
进一步地，所述光源为一字型线状光源，能够自上而下对样品池进行均匀的照射。
所述样品支架能够用来固定样品池。
所述样品池为1mm光程的石英比色皿。
所述拍照口为匹配手机式热像仪摄像头而设置成20×10mm的长方形且正对着所述样品放置处。所述样品支架与所述拍照口的距离是为匹配手机式热像仪的最优焦距而设置成5cm，并且所述拍照口的中心点与所述样品池的中心点同心。
所述光源的附加控制单元包括，蓝牙通讯模块，微控制器，电源，激光驱动模块。通过智能手机蓝牙连接控制单元的蓝牙通讯模块来进一步调控微控制器实现激光光源的自动化开启和关闭。
本发明化学反应方案：利用金纳米颗粒的纳米酶催化性质将TMB氧化成TMBox。使得原本的无色TMB溶液变为蓝色TMBox溶液。再通过核酸适配体与目标物之间的耦合程度来调节金纳米颗粒的催化能力，间接实现对于TMB溶液不同程度的氧化。再利用TMBox在近红外波段的光热转换特性实现对于目标物的定量分析，获得水体中污染物抗生素的测量结果。
本发明检测方法：热红外，操作简单，检测速度快，准确度高，稳定性强。
本发明检测设备：本发明所设计的基于热红外的便携式检测装置，设备体积小，成本低，灵敏度高，满足实际应用的检测需求。
本发明检测对象：成为水体中污染物的多种抗生素。
一种利用基于热红外的便携式适配体传感器检测水体当中的污染物抗生素的方法，以卡那霉素为例，包括以下步骤：
1.采用柠檬酸三钠还原法制备13nm的AuNPs颗粒：将4.2mL，1％的HAuCl4`3H2O溶液与85.8mL的超纯水混合。并在油浴中加热至沸腾状态，后持续加热回流。随后加入10mL，1％的柠檬酸三钠快速混合，再共同加热20min直至溶液变为鲜红色。冷却至室温备用。
2.取8支离心管，分别在每一支离心管中加入20μL，1mg/mL的AuNPs，以及20μL，5μM/L的KANA特异性核酸适配体。混合孵化5min。
3.往步骤2的每一支试管中添加200μL TMB溶液，再次混匀孵化5min。
4.往步骤3的每一支试管内添加100μL不同浓度的卡那霉素，混匀后孵化5min，计入的浓度分别为。
5.将步骤4中反应后的溶液移加至所设计的热红外适配体传感器的样品池中，并将智能手机连同手机式热像仪固定在暗室前侧的支架上。打开电源，将智能手机与激光控制单元的蓝牙模块相连接，控制激光光源的开断，激光选用功率为2W，波长为808nm的激光二极管作为激光光源。同时开启手机式热像仪，并通过智能手机应用(App)对设备进行初始化校正。
6.在步骤5的基础上，利用手机控制激光开启并照射样品池20s，随后对样品的红外热图像进行实时的拍摄。并通过手机端App对热图像进行处理后得到所需的温度数据。对同一浓度的样品采用多次测量(每一样品测量4次)取平均的方式以获取最终测量数据。
7.如图3所示为不同浓度的卡那霉素与测量得到的红外辐射温度之间的关联曲线。卡那霉素的浓度在10-250ng/mL时的线性方程为：Y＝0.05X+23.4，线性相关系数R2＝0.99。经计算卡那霉素的检测限为2.13ng/mL。这表明了本方法可以有效地实现水体中的卡那霉素的快速、高灵敏的检测。
本发明的术语中HAuCl4`3H2O表示氯金酸、AuNPs表示金纳米颗粒、KANA表示卡那霉素、TMB表示3,3′,5,5′－四甲基联苯胺。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，包括将化学名称为“3,3′,5,5′－四甲基联苯胺”的TMB溶液、待测目标物和偶联了核酸适配体的金纳米颗粒AuNPs溶液进行混合，利用待测目标物与所述核酸适配体的特异性结合以释放金纳米颗粒的催化能力，将TMB氧化成TMBox，采用近红外激光激发所述TMBox而导致温度升高，以通过红外热成像信息得到待测目标物含量结果。
2.根据权利要求1所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，所述金纳米颗粒的尺度规格为13nm，所述近红外激光的波长为808nm，近红外激光激发时间为20s，近红外激光光源的激光功率为2W，近红外激光光源距离样品的直射距离为5cm。
3.根据权利要求1所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，热成像的智能手机适配体传感器检测分析所述待测目标物为卡那霉素，所述核酸适配体为KANA特异性核酸适配体。
4.根据权利要求3所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，Y＝0.05X+23.4，其中Y表示红外辐射温度，X表示卡那霉素浓度。
5.根据权利要求3所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，所述待测目标物为水体中的抗生素，所述抗生素为氯霉素或多西环素或新霉素B或链霉素或妥布霉素或四环素或氨苄青霉素，所述核酸适配体为氯霉素适配体或多西环素适配体或新霉素B适配体或链霉素适配体或妥布霉素适配体或四环素适配体或氨苄青霉素适配体，氯霉素适配体的碱基序列为5′-ACT TCA GTG AGT TGT CCC ACG GTC GGC GAG TCG GTGGTA G-3′，多西环素适配体的碱基序列为5’-GCATGCCTTAAGCGATCG-N35-CCATATTATAAGGCATGC-3’，新霉素B适配体的碱基序列为5’-GGCCUGGGCGGAGAAGUUUAGGCC-3’，链霉素适配体的碱基序列为5’-TAGGGAATTCGTCGACGGATCCGGGGTCTGGTGTTCTGCTTTGTTCTGTCGGGTCGT-3’，妥布霉素适配体的碱基序列为5’-GACTAGGCACTAGTC-3’，四环素适配体的碱基序列为5’-CGTACGGAATTCGCTAGCCCCCCGGCAGGCCACGGCTTGGGTTGGTCCCACTGCGCGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3’，氨苄青霉素适配体的碱基序列为3'-GCGGGCGGTTGTATAGCGG-5'。
6.根据权利要求1所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，所述红外热成像信息由手机式热成像仪采集，所述手机式热成像仪通过固定支架安装在暗室的侧壁外表面，所述暗室内设置有样品池，所述暗室的侧壁设置有激光光源和激光控制单元，所述激光控制单元连接智能手机。
7.根据权利要求6所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，所述激光控制单元包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
8.根据权利要求1所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将金纳米颗粒与TMB溶液混合，利用金纳米颗粒的酶催化性质将TMB氧化，可以生成TMBox；
步骤2，将金纳米颗粒与核酸适配体混合后再与TMB溶液进行混合，随后加入待测目标物与核酸适配体进行特异性的捕获，失去保护的金纳米颗粒再次将TMB氧化生成TMBox，将反应后的溶液移至样品池进行测量；
步骤3，通过手机蓝牙控制附加近红外激光光源的启动；
步骤4，保持固定的激光功率，光源直射距离，光源激发时间对样品池中的样品进行照射；
步骤5，通过手机软件控制手机式热成像仪采集待测样品的热图像信息，并对测量结果进行相应的处理和分析。
9.根据权利要求8所述的基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法，其特征在于，所述TMBox为TMB的氧化产物，吸收峰位于690nm，采用近红外激光光源激发，能够产生温度升高。
10.基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析装置，其特征在于，包括暗室，所述暗室的侧壁外表面设置有通过固定支架连接的手机式热成像仪，所述暗室的内底面设置有样品池支架，所述的暗室的顶面为可开启盒盖，所述暗室的侧壁设置有激光光源和激光控制单元，所述激光控制单元包括连接智能手机的蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块通过微控制单元连接激光驱动模块，所述激光驱动模块连接激光光源，所述微控制单元与电源相连接。
CN202211089856.1A 2022-09-07 2022-09-07 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置 Pending CN116626286A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211089856.1A CN116626286A (zh) 2022-09-07 2022-09-07 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211089856.1A CN116626286A (zh) 2022-09-07 2022-09-07 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116626286A true CN116626286A (zh) 2023-08-22

Family

ID=87625332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211089856.1A Pending CN116626286A (zh) 2022-09-07 2022-09-07 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116626286A (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170082615A1 (en) * 2015-09-19 2017-03-23 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Nanomaterial-based photothermal immunosensing for quantitative detection of disease biomarkers
CN107238699A (zh) * 2017-05-10 2017-10-10 江南大学 一种基于适配体修饰磁珠和金纳米颗粒模拟酶活性检测卡那霉素的比色分析方法
CN110320356A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 南京农业大学 一种牛奶中多重抗生素残留的比色检测方法
WO2020141498A1 (en) * 2020-03-04 2020-07-09 Gill Pooria Nanomolecular detection of aflatoxin b 1
CN112033957A (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 上海应用技术大学 适配体包裹AuNPs催化TMB/过氧化氢检测牛奶中环丙氨嗪的方法
CN112082984A (zh) * 2020-09-08 2020-12-15 上海应用技术大学 适配体包裹AuNPs催化TMB/过氧化氢检测牛奶中三聚氰胺的方法
US20210025897A1 (en) * 2017-03-21 2021-01-28 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Method for determining the antioxidant capacity of a biological sample and related kit
WO2021019196A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 University Of Dundee Analyte biosensing
CN112924421A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 重庆邮电大学 一种核酸适配体传感器的共振光散射检测分析方法及检测装置
WO2021111461A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) Nanozyme linked oligo probe sorbent assay (nlopsa) for the detection of nucleic acid biomarkers
US20210247351A1 (en) * 2019-12-05 2021-08-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Gold nanoparticle aggregation-induced quantitative photothermal biosensing using a thermometer
CN114152344A (zh) * 2021-12-08 2022-03-08 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 一种适用于物体真实温度测量热红外测温系统
US20220113268A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Board Of Regents, The University Of Texas System Low-cost quantitative photothermal genetic detection of pathogens on a paper hybrid device
CN114717234A (zh) * 2022-04-08 2022-07-08 上海前瞻创新研究院有限公司 一种利用滚环扩增合成纳米酶的方法、纳米酶及其应用

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170082615A1 (en) * 2015-09-19 2017-03-23 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Nanomaterial-based photothermal immunosensing for quantitative detection of disease biomarkers
US20210025897A1 (en) * 2017-03-21 2021-01-28 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Method for determining the antioxidant capacity of a biological sample and related kit
CN107238699A (zh) * 2017-05-10 2017-10-10 江南大学 一种基于适配体修饰磁珠和金纳米颗粒模拟酶活性检测卡那霉素的比色分析方法
CN110320356A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 南京农业大学 一种牛奶中多重抗生素残留的比色检测方法
WO2021019196A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 University Of Dundee Analyte biosensing
WO2021111461A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) Nanozyme linked oligo probe sorbent assay (nlopsa) for the detection of nucleic acid biomarkers
US20210247351A1 (en) * 2019-12-05 2021-08-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Gold nanoparticle aggregation-induced quantitative photothermal biosensing using a thermometer
WO2020141498A1 (en) * 2020-03-04 2020-07-09 Gill Pooria Nanomolecular detection of aflatoxin b 1
CN112082984A (zh) * 2020-09-08 2020-12-15 上海应用技术大学 适配体包裹AuNPs催化TMB/过氧化氢检测牛奶中三聚氰胺的方法
CN112033957A (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 上海应用技术大学 适配体包裹AuNPs催化TMB/过氧化氢检测牛奶中环丙氨嗪的方法
US20220113268A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Board Of Regents, The University Of Texas System Low-cost quantitative photothermal genetic detection of pathogens on a paper hybrid device
CN112924421A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 重庆邮电大学 一种核酸适配体传感器的共振光散射检测分析方法及检测装置
CN114152344A (zh) * 2021-12-08 2022-03-08 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 一种适用于物体真实温度测量热红外测温系统
CN114717234A (zh) * 2022-04-08 2022-07-08 上海前瞻创新研究院有限公司 一种利用滚环扩增合成纳米酶的方法、纳米酶及其应用

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FU JIAO等: "A smartphone-based nanoenzyme-modulated aptasensor using an infrared camera for rapid detection of kanamycin", CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, vol. 481, 12 January 2024 (2024-01-12), pages 148699 *
LUYU WEI等: "Enzyme-modulated photothermal immunoassay of chloramphenicol residues in milk and egg using a self-calibrated thermal imager", FOOD CHEMISTRY, vol. 392, 18 May 2022 (2022-05-18), pages 133232 *
ZHILING ZHU等: "Plasmon-Enhanced Peroxidase-like Activity of Nitrogen-Doped Graphdiyne Oxide Quantum Dots/Gold–Silver Nanocage Heterostructures for Antimicrobial Applications", CHEMISTRY OF MATERIALS, vol. 34, no. 3, 19 January 2022 (2022-01-19), pages 1356 *
ZHIPENG ZHANG等: "Using target-specific aptamers to enhance the peroxidase-like activity of gold nanoclusters for colorimetric detection of tetracycline antibiotics", TALANTA, vol. 208, 9 September 2019 (2019-09-09), pages 120342, XP085935750, DOI: 10.1016/j.talanta.2019.120342 *
罗继宝: "适配体传感器在卡那霉素检测中的应用", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, no. 06, 15 June 2016 (2016-06-15), pages 1 - 29 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Masson Portable and field-deployed surface plasmon resonance and plasmonic sensors
Dutta Point of care sensing and biosensing using ambient light sensor of smartphone: Critical review
Yang et al. Novel developments in mobile sensing based on the integration of microfluidic devices and smartphones
Hill Plasmonic biosensors
CA2716575C (en) Optical measuring instrument
Wang et al. The application of lateral flow immunoassay in point of care testing: a review
Fu et al. Application progress of microfluidics-integrated biosensing platforms in the detection of foodborne pathogens
JP2016166878A (ja) 診断デバイスおよび関連する方法
Cao et al. A fluorescent sensor array based on silver nanoclusters for identifying heavy metal ions
Mitchell et al. Advances in multiplex electrical and optical detection of biomarkers using microfluidic devices
EP2810052A2 (en) Thermal contrast assay and reader
Ramakrishna et al. Evanescent wave absorbance based U-bent fiber probe for immunobiosensor with gold nanoparticle labels
Yeung et al. Multiplex detection of urinary miRNA biomarkers by transmission surface plasmon resonance
Lee et al. Optical immunosensors for the efficient detection of target biomolecules
Wang et al. A smartphone-based ratiometric resonance light scattering device for field analysis of Pb2+ in river water samples and immunoassay of alpha fetoprotein using PbS nanoparticles as signal tag
Guo et al. An up conversion optical system based on mesoporous silica encapsulated up-converting nanoparticles labeled lateral flow immunoassay for procalcitonin quantification in plasma
Zhang et al. Ultrasensitive detection of lead (II) ion by dark-field spectroscopy and glutathione modified gold nanoparticles
Ahmadsaidulu et al. Microfluidic point-of-care diagnostics for multi-disease detection using optical techniques: a review
Borse et al. Nanobiotechnology advancements in lateral flow immunodiagnostics
CN116626286A (zh) 基于热成像的智能手机适配体传感器检测分析方法和装置
CN101900682A (zh) 一种基于内壁波导型毛细管光纤的在线倏逝场生化传感器
Ju et al. One-shot dual-code immunotargeting for ultra-sensitive tumor necrosis factor-α nanosensors by 3D enhanced dark-field super-resolution microscopy
Liang et al. Photoactive nanomaterials for sensing trace analytes in biological samples
Long et al. Simple and compact optode for real-time in-situ temperature detection in very small samples
Sardar et al. Sensing Material and Design of an Optical Sensor for Detection of Arsenic-A Review

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination