一种基于化学组合扰动的复杂液状物全息成像方法技术

本发明专利技术建立了一种常见于环境科学、生物科学、医学、食品科学中的复杂液状物的成像分析方法。本技术方法基于高通量扰动‑表达策略，由有限物种即可构建一个大规模的扰动分析体系，给出待测复杂液状物丰富的内部化学信息。而由喷射打印为核心的扰动底片制备使核心器件制备成本低廉；集约化检测执行极大地简化了执行；并为复杂样品的人工智能分析提供一个大数据采集途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分析化学的检测
具体地，本专利技术涉及对环境科学、生物科学、医学、食品科学等实践中常见的复杂液状物复杂化学信息的呈现方法。
技术介绍
自然状态、人工制备的许多物质或其组成部分是以复杂液状物形式存在的；举例来说，如污水、河水、土壤溶液、血液、尿液、唾液、植物组织液、饮料、中药浸取液等等。固体形态的样品，采用一些前处理方法得到适合的形态，如可通过机械榨汁或浸提等方法，获得复杂液状物也可以进行分析。而这种复杂液状物主要以混合物形式出现。这种混合的复杂溶液内部包含了各种组分之间的相互作用，形成一个相对平衡的体系。这些复杂液状物内部的关系一般情况下极其复杂，数量也很庞大。我们对一个污水环境样品的分析表明，其中的无机、有机物质的主要种类和形态即超过数百种；通过排列组合，它们之间的相互关系超过10的9次方。科技人员创建了一些方法，如组成测定、简单化学平衡计算等，来度量和表征这些特征。对于溶液成分的检测，主要采用化学分析和仪器分析。其中，以质谱分析、色谱分析法、X射线光谱法、电化学分析法和核磁共振波谱法等常规手段为主要研究技术。但对于真实的复杂液状物却很难得到大量而全面的信息，特别是针对复杂液状物内部的各个化学物种之间的线性或非线性相互作用的关系信息。近年来，利用电化学信号检测为主的电子舌或电子鼻系统逐渐发展起来，在复杂液、气分析上起到了一定的作用。但是由于其基础传感单元的制备路线和测量条件和规程要求，其不可能低成本地开发出大规模数量的传感器阵列。且由于其需要实现使用-清洁-再使用的多次检测，故而不能使用可挥发或易溶解的检测单元敏感材料。另有一些研究通过可视化的响应(如化学作用引起的颜色变化、荧光变化等)来完成传感器阵列检测，具有成本低廉，所需设备简单的优势(参考文献：一、Qian，S.andH.Lin(2015).″ColorimetricSensorArrayforDetectionandIdentificationofOrganophosphorusandCarbamatePesticides.″AnalyticalChemistry87(10)：5395-5400.二、Schiller，A.，B.Vilozny，R.A.WesslingandB.Singaram(2008).″Recognitionofphosphosugarsandnucleotideswithanarrayofboronicacidappendedbipyridiniumsalts.″AnalyticaChimicaActa627(2)：203-211.三、Schiller，A.，R.A.WesslingandB.Singaram(2007).″Afluorescentsensorarrayforsaccharidesbasedonboronicacidappendedbipyridiniumsalts.″AngewandteChemieInternationalEdition46(34)：6457-6459.四、黄星奕，韩方凯(2014).一种全固态可视化味觉传感器阵列的制作方法.申请公布号：CN104062292A.五、吴宇，霍丹群，侯长军，等.可视化传感阵列对乌龙茶等级的快速识别研究.分析试验室，2015，34(1)：1-5.)。它们的制造思路是：要形成n个各异性单元的阵列，就先制备出n种敏感材料，然后将它们排列成阵列。见于文献案例的阵列内单元数量通常为几个、十几个、二三十个，利用这种策略方法很难方便地获得大几十、几百的单元数量的阵列；更不要说几千、几万级的阵列。就解决对象来说，上面提及的现有技术，主要应用于对待测样品中特定组分的分析或样品分类。对于复杂液状物样品的内部化学关系全面呈现来说，由于其中的物质种类繁多，相互间的化学关系数量巨大。仅利用几个、几十个测量点的数据来反映出这个大数量的参数的体系，显然是不现实的。近年来，随着人工智能技术的发展，为实现对复杂的样品本身的内部关系，以及复杂样品与外部事物之间的作用关系的深度广泛分析提供了可能。但是一个前提条件是要能简单地为人工智能提供大数量的待分析样品的内部化学信息。所以科技界期盼和寻找一类能够更多携带原来待测物内部化学关系信息的分析呈现技术。本专利技术即关注于此。为了更好地理解本专利技术提出的方法，先看一个简单的机理层面的分析。首先看一下这一类现象。某一处于相对稳定的复杂液状物L1，其内部众多的各种化学关系都会处于相对平衡的状态。此时，我们用一种常见的检测方法，如荧光、显色等手段对其进行分析操作，可得到一个荧光强度或颜色的检测结果，标记为F0。参照图1的单次操作1，对于原来的待分析的复杂液状物L1，当有一定量的成分固定的其他化学物质R1被加入后，会或多或少的扰动复杂液状物体系原有的众多平衡关系；进而让该体系中的众多化学关系进入到另一种平衡状态。此时采用相同的显色或荧光检测方法，我们可以得到一个可能不同于F0的检测结果，标记为F1。相似地如果我们重复上一步，但分别加入的化学物质是不同于R1的R2、……、Rn；参照图1的批量化操作2，相应地我们就可以得到一系列检测结果F2、……、Fn。扰动化合物Ri(i＝1，…，n)的种类的增加可以显著增加对待测物的表达丰富程度。当这个数量增加到几千、几万甚至百万以上，将使信息量发生重大变化。可以看出，这里Ri可以是一种化合物或混合物。一个形成种类众多的Ri的巧妙的方法是：可以用有限的几种性质差异较大的化学物质，按照不同的比例含量调配出众多种类的Ri。例如可以由6种化合物的不同的比例含量来调配；简单计算，当以每一种化合物的1％变化为分割单位时，组合数量种类约为100的6次方。另外，这六种基本调配“原料”，各自本身也可以是混合物。为了提供平行的、大数量级的、有规律化组合特点的化学扰动小单元，我们基于高通量(HTE)原理，对于众多的Rn进行系统的HTE组合(参见图1的高通量组合3)。主要是通过在平面载体上规律化独立分散大数量化学位点实现。在面对这样大数量的组配时，利用墨水喷射打印技术进行操作会使整个作业变得快捷和低成本。实际上，墨水喷射打印操作是一种将液状物料定量定位分配到二维平面载体上的高效方法，而且这种复杂液状物可以是溶液也可以是高度分散的悬浊液。特别是具有多个墨仓的彩色墨水喷射打印机，在合理设置打印条件的情况下，可以通过对打印墨水的调配、打印位置和打印喷墨量的设置，实现上面提到的扰动化学物质R的组合和空间安排。所说的利用墨水喷射打印技术，在平面基片中的数个设定区域，定量添加设定组成的化学物质，是打印机依据设定的打印电子图像模版来控制喷墨量和喷墨位置实现的。另外，丝网印刷技术也可以通过对制备条件的调整来实现一些较为简单的制备操作；丝网印刷的优势是价格极低，速度更快。
技术实现思路
结合以上的探讨，特别是对高通量化学组合扰动的分析，本专利技术提出新的复杂液状物内部综合性质全息成像方法。这里说的全息成像，实际结果是对复杂液状物的内部数量众多的化学关系进行大容量的数字化呈现和纪录，它纪录的是一大组化学效应。数据容量依据设计，少则数十、几百，多则数千数万，或更多。针对一个复杂液状物所提供出的超大效应数据量更能精确刻画这个样品的全面化学性质。一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于化学组合扰动的复杂液状物全息成像方法，至少包括以下具体步骤：(1)利用墨水喷射打印技术制备化学组合扰动全息成像底片，此步骤的具体操作为：(1.1)选定化学扰动剂个数，定义化学扰动剂个数为R‑D；且选定的R‑D大于等于二；(1.2)配制R‑D种可用于墨水喷射打印的化学墨水；所配的任一化学墨水的成分中含有至少一种化学扰动剂，且至少有一个所配的化学墨水含有一种可溶于待测的复杂液状物的化学扰动剂；所述的化学扰动剂是指一种化合物或混合物，将其添加入待测复杂液状物，可使待测复杂液状物的内部化学平衡产生变化；(1.3)设计用于引导打印机进行定位定量喷施化学扰动剂的电子图像模版；所述的电子图像模版由色点构成，所述的色点内部是均匀的；色点的面积最小可到设计的电子图像模版的最小解析度单元对应的大小；所有的色点中，包含有引导至少二种化学扰动剂墨水喷施的色点；所述的电子图像模版可控制R‑D个独立墨仓的喷墨作业；(1.4)用R‑D种第(1.2)步制备的化学墨水，利用墨水喷射打印机，依照第(1.3)步设计的打印电子图像模版的导引，定量分配到基片上的设定位置；(1.5)选择喷施、浸渍、打印三种操作手段之一或组合，在平面基片上定位施加上成像试剂；这里施加的成像试剂可以是均匀分布的，也可以是具有二维分布变化特征的；所述的成像试剂是指可以对待测复杂液状物的某些化学性质或组分产生颜色或荧光响应的单一或混合试剂；第(1.5)步放在第(1.4)步后面执行，或第(1.5)步放在第(1.4)步前面执行，或将这两步各分为几个操作，交替或合并执行；在物性方面，所述的成像试剂、化学扰动剂能以固形物或者吸附在基片上的形式存在于常温和非封闭环境下；(1.6)挥发去溶剂，干燥后获得所述的化学组合扰动全息成像底片；所述的化学组合扰动全息成像底片由解析成像点构成；所述的解析成像点内部成像试剂是均匀分布的，且每个解析成像点中包含的化学扰动剂只由一个第(1.3)步的色点来控制喷施；在一个所述的化学组合扰动全息成像底片上，互不相同的解析成像点的数量大于等于50；(2)将待测的复杂液状物定量均匀喷施在制备的化学组合扰动全息成像底片上；(3)对上一步作用后的化学组合扰动全息成像底片利用光学成像装置或荧光成像装置进行拍摄成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于化学组合扰动的复杂液状物全息成像方法，至少包括以下具体步骤：(1)利用墨水喷射打印技术制备化学组合扰动全息成像底片，此步骤的具体操作为：(1.1)选定化学扰动剂个数，定义化学扰动剂个数为R-D；且选定的R-D大于等于二；(1.2)配制R-D种可用于墨水喷射打印的化学墨水；所配的任一化学墨水的成分中含有至少一种化学扰动剂，且至少有一个所配的化学墨水含有一种可溶于待测的复杂液状物的化学扰动剂；所述的化学扰动剂是指一种化合物或混合物，将其添加入待测复杂液状物，可使待测复杂液状物的内部化学平衡产生变化；(1.3)设计用于引导打印机进行定位定量喷施化学扰动剂的电子图像模版；所述的电子图像模版由色点构成，所述的色点内部是均匀的；色点的面积最小可到设计的电子图像模版的最小解析度单元对应的大小；所有的色点中，包含有引导至少二种化学扰动剂墨水喷施的色点；所述的电子图像模版可控制R-D个独立墨仓的喷墨作业；(1.4)用R-D种第(1.2)步制备的化学墨水，利用墨水喷射打印机，依照第(1.3)步设计的打印电子图像模版的导引，定量分配到基片上的设定位置；(1.5)选择喷施、浸渍、打印三种操作手段之一或组合，在平面基片上定位施加上成像试剂；这里施加的成像试剂可以是均匀分布的，也可以是具有二维分布变化特征的；所述的成像试剂是指可以对待测复杂液状物的某些化学性质或组分产生颜色或荧光响应的单一或混合试剂；第(1.5)步放在第(1.4)步后面执行，或第(1.5)步放在第(1.4)步前面执行，或将这两步各分为几个操作，交替或合并执行；在物性方面，所述的成像试剂、化学扰动剂能以固形物或者吸附在基片上的形式存在于常温和非封闭环境下；(1.6)挥发去溶剂，干燥后获得所述的化学组合扰动全息成像底片；所述的化学组合扰动全息成像底片由解析成像点构成；所述的解析成像点内部成像试剂是均匀分布的，且每个解析成像点中包含的化学扰动剂只由一个第(1.3)步的色点来控制喷施；在一个所述的化学组合扰动全息成像底片上，互不相同的解析成像点的数量大于等于50；(2)将待测的复杂液状物定量均匀喷施在制备的化学组合扰动全息成像底片上；(3)对上一步作用后的化学组合扰动全息成像底片利用光学成像装置或荧光成像装置进行拍摄成像。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑超，
申请(专利权)人：李剑超，
类型：发明
国别省市：陕西;61