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

本发明涉及光学生物传感，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：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、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。

4、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。

5、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’)。

6、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。

7、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'。

8、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。

9、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。

10、包括以下步骤，

11、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；

12、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；

13、步骤3，通过手机蓝牙控制附加近红外激光光源的启动；

14、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；

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

20、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。

21、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。

22、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。

23、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。

24、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。