一种基于BIN区域增强的DNA多色荧光光谱采集方法与流程

专利2025-11-05  22


本发明涉及dna鉴定,具体涉及一种基于bin区域增强的dna多色荧光光谱采集方法。


背景技术:

1、目前在法庭科学dna鉴定领域的金标准是pcr+毛细管电泳法,该方法在刑侦、司法和重大灾难事故处置中发挥了重大作用。dna遗传分析仪是实施pcr+毛细管电泳法的必备仪器。在dna遗传分析仪器装备中,为了让一个毛细管电泳通道可以一次检测数十个str位点,采用了多色荧光标记并行电泳的方法,将数十个str位点分成多组,分别用不同颜色的荧光染料进行标记,然后并行进行毛细管电泳。这种方法相当于在一个毛细管通道中设计出了多个荧光颜色通道,多组str位点可以在不同颜色荧光通道中电泳,显著提高了毛细管电泳通道中一次可检测str位点的数目.

2、str位点数量检测能力提高,也增加了毛细管电泳遗传分析仪的设计难度,因为随着荧光颜色通道增加,各颜色通道荧光信号强度一致性难以保证。对同一个样本,若各颜色通道荧光信号强度不一,会出现信号强的颜色通道str位点易检出,而信号弱的颜色通道str位点可能无法检出问题,从而对str正确检测造成影响。因此,作为检测质量控制的一个关键环节,多色荧光标记体系下,各颜色通道荧光信号强度如何保持一致,是一个突出问题。

3、多色荧光标记体系中,一般可见光范围内短波长区间的荧光标记发射信号较强,如fam(蓝色),vic(绿色),其荧光发射能力强,用这类荧光染料标记的str位点荧光信号强度就高,而pet(黄色),liz(橙色),其荧光发射能力弱,用它们标记的str位点荧光信号强度就偏弱。近年来,为继续提高一次可检测str位点的数目,还拓展了一些近红外区间的荧光染料,这类荧光染料发射能力普遍偏弱,加上ccd在可见光和近红外区间响应能力也大不相同,各颜色通道荧光信号强度不一致的问题更加凸显,亟需一种方法来使dna荧光光谱采集中各颜色通道荧光信号强度保持一致。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种基于bin区域增强的dna多色荧光光谱采集方法,通过组合不同像素个数的bin去与各色荧光染料强度进行匹配,对弱信号区域进行了增强,确保了各颜色通道str荧光信号强度一致,为实现高质量dna检测创造了条件。

2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

3、一种基于bin区域增强的dna多色荧光光谱采集方法,具体过程为:

4、dna荧光光谱采集在面阵ccd上完成,x轴方向为光谱展开方向,y方向为毛细管阵列分布方向;

5、激光器发射激光,并将各个通道的毛细管中带荧光染料的dna分子激发产生荧光;荧光通过一个带光栅的分光系统最终成像在面阵ccd上;从x轴方向看为不同的荧光色散谱图,从y轴方向看为各个通道的毛细管影像;多个像素组合成一个bin,对应一个小的光谱范围,全部bin对应整个光谱范围;bin表示像素合并,即把相邻的像素合成一个像素;

6、确定每个bin占用的像素个数,具体过程为:

7、第一步,先使用固定bin模式进行光谱采集,即将每个bin占用的像素个数在x轴方向上均设为一个固定值m,用光谱校正标准品进行光谱采集,获得各颜色的荧光染料在面阵ccd上的光谱响应曲线;

8、第二步,根据各颜色的荧光染料的光谱响应曲线,找到每种荧光染料的发射光谱的中心波长和中心波长处的荧光信号强度;

9、第三步,根据荧光染料的发射光谱的中心波长和荧光信号强度,将每种荧光染料的中心波长处对应bin占用的像素个数进行调整:记各颜色的荧光染料的中心波长分别为cw1、cw2,…,cwn,n表示颜色的总数,根据cwi值找到对应第i个bin,则调整后的第i个bin占用的像素个数bini按下式计算:

10、bini=mean(s1,s2,…,sn)/si*m(1)

11、式中,si是第i个颜色的荧光染料中心波长处的荧光信号强度,mean是对各颜色的荧光染料中心波长处的荧光信号强度取平均;

12、第四步,在dna荧光光谱采集系统中,保持各颜色荧光染料中心波长bin的大小和位置不变,适度地手动调整其他各个bin占用的像素个数,使各颜色荧光染料光谱响应曲线的峰形更加平滑。

13、进一步地,面阵ccd的大小为512×250像素。

14、进一步地,光谱展开方向采集500nm-700nm范围,毛细管阵列分布方向排布24个通道的毛细管。

15、本发明的有益效果在于:利用本发明方法,弱信号响应的荧光染料的发射波长处占用的像素数会增加,而强信号响应的荧光染料的发射波长处占用的像素数会减少,对荧光染料的发射波长在长波长区间的弱信号响应,通过扩大bin像素值,可以很好增强其信号响应强度,并且各个中心波长的bin占用的像素个数均受其他颜色的荧光染料的信号强度调节,有效保证了各颜色通道的荧光信号强度一致,达到了dna荧光光谱均衡采集的效果。



技术特征:

1.一种基于bin区域增强的dna多色荧光光谱采集方法,其特征在于,具体过程为:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,面阵ccd的大小为512×250像素。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,光谱展开方向采集500nm-700nm范围,毛细管阵列分布方向排布24个通道的毛细管。


技术总结
本发明公开了一种基于BIN区域增强的DNA多色荧光光谱采集方法,DNA荧光光谱采集在面阵CCD上完成,X轴方向为光谱展开方向,Y方向为毛细管阵列分布方向;激光器发射激光,并将各个通道的毛细管中带荧光染料的DNA分子激发产生荧光;荧光通过一个带光栅的分光系统最终成像在面阵CCD上;多个像素组合成一个BIN,对应一个小的光谱范围,全部BIN对应整个光谱范围;然后通过四步法确定每个BIN占用的像素个数。本发明有效保证了各颜色通道的荧光信号强度一致,达到了DNA荧光光谱均衡采集的效果。

技术研发人员:张涛,孙丹,郭甜利,赵怡鹤,管桦,王宇光,陈力
受保护的技术使用者:公安部第一研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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