[發明專利]一種超容量信息編碼系統及其應用

在審

• 申請號: 201910995798.0
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN112683874A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 高婷娟;唐浴塵;賀彩麗
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;黃越

本發明公開了一種超容量信息編碼系統及其應用。本發明包括加載在編碼載體上的編碼單元組合形成的編碼系統和解碼系統，通過調節三鍵化合物的多個自發拉曼散射強度實現同一波長處強度的多進制編碼單元，拉曼信號分子在溶液中進行不同配比的組合式混合后滴加至二維平面載體，或共價鍵結合至三維樹脂珠載體上，加載過程均勻可控。

技術領域

本發明屬于化學分析方法技術領域，具體涉及一種超容量信息編碼系統及其應用。

背景技術

光學編碼技術與多路復用技術相結合，使其得到迅速發展。隨著激光、發光材料和高分辨顯微技術的出現，為發現新的攜帶多重信息的光學編碼系統提供了機遇，大大提高了生物識別和科技發現的通量。這種光學編碼系統需要滿足幾個關鍵要求：(1)探索新的用于信息編碼的光學維度；(2)制作高通量的信息編碼系統；(3)開發用于檢索信息的解碼儀器平臺；(4)提供與特定應用相匹配的系統兼容性。為了提高編碼容量，必須探究介質材料可區分的光學性質。在空間位置、光學信號波長、強度、偏振度、角動量等因素的選擇中，探索波長、強度及二者互相組合的研究最為廣泛。

在雙抗體夾心ELISA法基礎上發展出的Luminex技術，是將微球用熒光染色的方法進行編碼，通過調節熒光染料的配比獲得多種具有不同特征熒光譜的微球。其中修飾有羧基的磁性微球是Luminex@xMAP法中的核心成分，將每種編碼微球通過羧基共價交聯上針對特定檢測物的抗原、抗體或探針等捕獲分子，使得待測樣本中的靶分子與捕獲分子發生特異性結合，通過利用其磁性進行快速簡便地分離操作，然后通過儀器識別微球的編碼并檢測熒光強度，從而實現對靶分子的分析檢測。這些微球用Luminex專有的熒光染料配方制成，在相同的激發波長下具有互不干擾的發射波長。染色過程包括在含有染料的溶劑中溶脹珠子，從而使染料分子吸附進入聚合物內層。在隨后的步驟中，去除溶劑，使珠子縮小，這樣就可將染料分子保持在微珠內部，實現大容量的熒光編碼。他們報告的最大編碼容量大約為500(文獻1：Houser,B.Arch.Physiol.Biochem.2012,118,192-196；文獻2：Chandler,D.J.；Bedre,J.U.S.Patent 9,645,142，2017)。該方法的編碼容量較小，不能滿足一些大容量信息編碼或檢測領域的需求。

基于光譜信號的波長與強度的組合，如果每個波長處可得到10種不同的信號強度，對于10個不同位置的波長，理論上可以形成10⁶種可區分的編碼。然而，如此大容量的編碼無法在實際中實現，原因是：1)各種光譜信號發生重疊；2)將信號分子有效加載到介質載體上的過程不可控；3)光譜信號自身的穩定性問題。具體而言，有機染料的熒光信號具有光漂白和譜帶較寬的缺點。無機發光材料例如半導體量子點和上轉換納米顆粒，能量轉換的設計和制作工藝較為復雜，造成負載后載體上編碼信號與預期存在較大差異。相比之下，顯示分子振動指紋信息的拉曼散射光譜，提供了穩定而狹窄的譜帶，使得在光譜檢測范圍可放置更多可分辨的信號峰，以提高多重編碼的容量。然而，拉曼信號的強度比熒光低約6個數量級，即使采用強度增強的策略(如表面增強拉曼光譜)，實際可達到的編碼容量仍然受到限制，原因是用于編碼的拉曼信號峰多處于分子振動的指紋區，其它雜峰的干擾比較嚴重。近期有工作表明，利用官能團區較強的三鍵振動峰，可以取得更加清晰的拉曼信號組合(文獻3：Hu,F.；Zeng,C.；Long,R.；Miao,Y.；Wei,L.；Xu,Q.；Min,W.Nat.Methods 2018,15,194-200)。然而，無論是采用表面增強拉曼的常用信號分子在指紋區的信號峰，還是三鍵化合物在沉默區的自發拉曼信號峰，目前獲得大容量編碼系統的瓶頸仍然是：由于采用的策略是將用于表面增強的納米顆粒或三鍵化合物物理吸附至微球上，在不斷增加拉曼信號分子的種類即特征拉曼信號頻率的種類時，難以精準的控制加載到介質載體上的信號強度的比例。而且，載體上的拉曼信號在后續的多重檢測過程中，與檢測反應可能發生相互干擾，造成拉曼信號的穩定性變差，使解碼的信息不準確。因此，在同一頻率處信號強度的編碼單元至多只能實現三進制(0，1，2)，從而大大限制了信息編碼的容量。

發明內容