基于激光诱导击穿光谱的高通量生物检测数字化编码研究

《基于激光诱导击穿光谱的高通量生物检测数字化编码研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于激光诱导击穿光谱的高通量生物检测数字化编码研究(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：何清华指导教师：何永红教授二○一七年四月Researchonthelaserinducedbreakdownspectroscopybaseddigitalencodingmethodofhigh-throughputmolecularbiologicaldetectionThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofSciencein

2、PhysicsbyHeQinghuaThesisSupervisorProfessorHeYonghongApril,2017摘要摘要随着生命科学的发展和公共卫生需求的日益增长，高通量生物检测技术发挥越来越重要的作用。生物芯片和基于微球的生物分子检测技术是目前应用最广泛的两种技术，其中，基于编码微球的液相生物芯片以其在检测通量、灵敏度和灵活性上的优势，成为大量研究者们关注的焦点。液相生物芯片检测依赖于微球的编码性能，目前基于荧光光谱的光学编码技术是微球的主流编码技术。但是由于荧光光谱编码依赖于光谱波长、强度和波形，是一种基于模拟量的编码方式，限制了编码性能的进一步提高。基于激光诱导击穿光谱

3、，本文进行了从新型编码方案设计到芯片微球制备到编解码系统的搭建等一系列研究工作，旨在提供一种更加稳定、更加精准和更加灵敏的高通量生物检测数字化编码方法。首先，我们提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的高通量生物检测数字化编码方法。利用这种编码方法，我们使用不同的二进制序列对不同种类的微球进行编码和识别。相比于传统光谱编解码，这种编解码方法在编解码稳定性、解码精确度和降低检测背景等方面具有较大的优势。随后，我们首次提出一种双通道耦合的共焦光学解调系统配合上述激光诱导击穿光谱编码的高通量生物检测微球在荧光免疫中的应用。这套光学解调系统将原本复杂的高通量生物检测检测和解码端由流式荧光系统简化为基于玻

4、片的激光扫描系统，大大降低了应用难度。该系统的双通道设计将标记荧光信号和解码信号分开采集，有效地保障了信号的独立性。然后，我们针对激光诱导击穿光谱编码的高通量生物检测微球的制备方法进行了探索和研究，最终开发出一套反相微乳液法和紫外固化结合的制备方法。相对于原有的制备和组装方法，这种方法更加具有普适性。最后，我们在激光诱导击穿光谱编码的基础上开发出荧光-激光诱导击穿光谱双通道复合光谱编码以进一步优化编码性能，增加编码潜力。两种光谱复合使用可以使得光谱编码数产生倍增式的扩充。两种光谱的存在丰富了编码光谱的多样性，提高了编码的抗干扰能力。荧光和激光诱导击穿光谱通过两个通道分开采集，保证了两路编码

5、信号采集的独立性，消除信号串扰以保障编解码稳定性。关键词：激光诱导击穿光谱；高通量生物检测；光学编码微球；数字化编码IAbstractAbstractAsthedevelopmentoflifescienceandthegrowingdemandofpublichealth,suspensionarraywouldbeanincreasinglyessentialtoolfordiagnosis,geneexpressionandotherlifesciencefields.Basedonlaserinducedbreakdownspectroscopy(LIBS),wecarriedas

6、eriesofresearchesfromthedesignofnovelencodingmethodtothepreparationofencodedmicrobeadsandthedesignofopticaldemodulationsystem,toprovideamorestable,accurateandsensitiveencodingmethodforsuspensionarray.Initially,weshowedanencodingmethodofsuspensionarraybasedonthelaserinducedbreakdownspectroscopy(LIB

7、S).WeconfirmedthatdigitalmultiplexingofLIBS-basedencodingmethodbecomesfeasiblesincethemicrospherecanbecodedwithdirectread-outdataofwavelengths.Themethodcanavoidfluorescencesignalcrosstalkbetweenbarcodesandanalyte