一种基于AI智能化的荧光检测技术方法及系统与流程

本发明属于荧光检测，尤其涉及一种基于ai智能化的荧光检测技术方法及系统。

背景技术：

1、铜离子是人体不可缺少的一种离子，在人体内发挥着重要的角色，它在许多生理过程中都起着不可或缺的作用。机体通过毛细血管壁把铜离子输送到各个器官，因此缺铜时毛细血管的通透性会增加，使得毛细血管通透性增加，可能会导致人体免疫功能下降，容易出现感冒、呼吸道感染等情况。由于铜元素可以维持机体的免疫功能，因此身体缺铜时，可能会导致人体免疫功能下降，从而容易受到细菌、病毒等病原体的感染。铜元素可以拮抗胰岛素的降解，维持体内的水平衡，因此身体缺铜时，可能会引起内分泌功能紊乱，可出现体重减轻、面色蜡黄、月经失调、不孕等情况。缺铜可能会引起多巴胺功能降低，造成神经系统功能紊乱，可表现为精神不振、注意力不集中、情绪易激动、记忆力下降等症状。另外，缺铜还可能引起脑部功能障碍，出现健忘、思维障碍等情况。

2、然而，由于铜离子的浓度在生物体内和环境中往往非常低，对其进行准确检测和定量分析具有很大的挑战性。传统的分析方法中，原子吸收光谱法(aas)、原子荧光光谱法(afs)、电感耦合等离子体发射光谱法(icp-aes)已用于对铜离子进行检测。相比之下，荧光检测具有成本效益高、操作简单、无损、实时监测、快速响应等优点。但目前的铜离子荧光检测仍具有以下难点：铜离子具有顺磁性，会引发荧光猝灭，这给荧光传感器的发展带来了一定的挑战；传统的荧光传感器大多数在检测铜离子的过程中表现出荧光信号的关闭，导致信号输出较低，容易产生假阳性结果；痕量铜离子的检测对实验条件和仪器设备的灵敏度要求较高，需要使用高级别的实验室设备和精密仪器才能实现；铜离子检测过程中容易受到其他离子的干扰，例如锌离子、镉离子等，这些离子的存在可能会影响铜离子的荧光信号；铜离子与配体结合的反应速度较慢，需要一定的时间才能达到稳定的荧光信号，这可能会影响实验的实时性和准确性。因此，开发新型的荧光探针，实现对铜离子高效、准确检测很有必要。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有的铜离子荧光检测技术存在的难点，本发明提出基于ai智能化的荧光检测技术方法，制备了一种基于nbd的新型荧光探针，并将其应用于铜离子荧光检测，还将ai智能化应用于检测结果的处理分析。

2、为了实现上述目的，采用了如下技术方案：本发明提供了一种基于ai智能化的荧光检测技术方法，包括：

3、(1)合成荧光探针：利用nbd-cl、1,4-双(3-氨丙基)哌嗪、1,5-二氯甲基萘和8-羟基喹啉酮为原料，合成荧光探针；

4、(2)建立cu2+标准曲线：使用去离子水和dmf的混合溶液准确配置40μmol/l的荧光探针溶液，将同一批1000μmol/l的铜离子去离子水溶液用去离子水和dmf的混合溶液稀释为1.0-40μmol/l，移取2ml荧光探针溶液和2ml1.0-40μmol/l不同浓度铜离子溶液混合反应20min，空白对照为20μmol/l的荧光探针溶液，使用x荧光光谱仪对以上两种溶液进行荧光广谱测定，建立标准曲线，测试条件为：激光波长为545-560nm，狭缝宽度为5；

5、(3)荧光法测定水样中的cu2+含量：移取2ml荧光探针溶液和2ml待测水样，混合反应20min，在一定激光波长光照下，得到该待测水样的荧光发射强度值，对照标准曲线，得到待测水样中cu2+含量，测试条件为：激光波长为545-560nm，狭缝宽度为5；

6、(4)生物成像：采用mtt法评估荧光探针的生物毒性，利用共聚焦荧光显微镜，在动物模型斑马鱼中进行生物成像；

7、(5)基于ai技术进行成像结果处理分析：通过计算机视觉技术对所述生物成像结果进行快速定位和校正，使用卷积神经网络作为模型，基于深度学习的top-hat算法对所述生物成像结果进行背景消除、噪声抑制，从而提高图像质量、清晰度和灵敏度。

8、进一步地，所述荧光探针的结构为：

9、

10、进一步地，所述荧光探针的制备包括以下具体步骤：

11、(1)将1.0mmol nbd-cl加入20ml无水乙醇中，加入2.0mmol 1,4-双(3-氨丙基)哌嗪，在氮气保护下回流反应5h，有大量固体析出，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，进行硅胶色谱柱纯化，得到中间体1，所述中间体1结构为：

12、

13、(2)将0.5mmol 1,5-二氯甲基萘溶解于20ml无水乙醇溶液中，加入5g碳酸钠，加热回流2h，将1.0mmol 8-羟基喹啉溶解在20ml无水乙醇溶液后向反应体系中缓慢滴加，滴加完成后继续回流反应5h，反应结束，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，进行硅胶色谱柱纯化，到中间体2，所述中间体2结构为：

14、

15、(3)将0.2mmol所述中间体1溶解于20ml丙酮溶液中，加入5g碳酸钠，搅拌30min，再加入0.21mmol所述中间体2，在氮气保护下回流反应8h，反应结束，将反应液降温至-20℃，迅速抽滤，并用冰丙酮洗涤，减压除去溶剂，得到荧光探针。

16、进一步地，所述去离子水和dmf的混合溶液中去离子水和dmf的体积比为1：1。

17、进一步地，所述荧光探针的制备中步骤(1)硅胶色谱柱纯化以二氯甲烷：无水乙醇＝100：1混合溶液作为洗脱剂。

18、进一步地，所述荧光探针的制备中步骤(2)硅胶色谱柱纯化以乙酸乙酯：甲醇＝20：1混合溶液作为洗脱剂。

19、一种基于ai智能化的荧光检测系统，包括荧光检测模块、荧光图像采集模块、荧光图像处理模块、荧光图像分析模块、荧光数据存储模块。

20、进一步地，所述荧光检测模块包括x荧光光谱仪和共聚焦荧光显微镜，用于对待测样本进行检测或生物成像；

21、进一步地，所述荧光图像采集模块包括控制单元和cmso相机单元，用于采集荧光图像；

22、进一步地，所述荧光图像处理模块包括图像定位单元、图像提取单元、图像降噪单元、图像增强单元，用于处理荧光图像，提高图像的质量、清晰度和灵敏度；

23、进一步地，所述荧光图像分析模块包括定量分析单元、对比分析单元，用于基于所述荧光图像处理模块输出结果；

24、进一步地，所述荧光数据存储模块，用于储存荧光检测数据。

25、本发明的有益效果如下：

26、(1)nbd基团作为荧光探针时具有分子量小、水溶性好、摩尔吸光系数大、荧光量子产率高和生物兼容性好的优点，因此本发明基于nbd制备了一种新型荧光探针，该荧光探针分子上具有多个氮和氧结合位点，有利于其与cu2+的络合反应；

27、(2)本发明制备的荧光探针的对于cu2+在550nm处有强烈的吸收峰，对cu2+的选择性好、灵敏度高，不受其他阳离子干扰，检测准确、操作简单；

28、(3)本发明对制备的荧光探针生物毒性小，对生物体的损伤小，可以用于hela细胞和斑马鱼体内cu2+的生物成像；

29、(4)本发明将ai智能化应用于生物成像结果处理分析，通过计算机视觉技术对所述生物成像结果进行快速定位和校正，使用卷积神经网络作为模型，基于深度学习的top-hat算法对所述生物成像结果进行背景消除、噪声抑制，从而提高图像质量、清晰度和灵敏度。