基于荧光数字图像区域检测（FDIB-ROID）的创新分析策略：拓展化学成像动态范围与灵敏度

本文提出一种突破性分析方法——荧光数字图像区域检测（FDIB-ROID），通过检测荧光发射区域面积而非传统颜色模型值（RGB/HSV/Lab）作为分析信号，有效解决了数字图像分析中动态范围受限的问题。该方法搭载3D打印便携设备（miniFDIB），在奎宁（QN）、罗丹明等荧光物质检测中展现出与商用光谱仪相当的灵敏度（检测限达10 ng mL-1）和更宽的线性范围（50-1000 ng mL-1），为环境监测、生物传感和工业质量控制提供了低成本、高便携性的解决方案。

　　

Highlight

材料

所有试剂均为分析纯且未经进一步纯化。水溶液采用Millipore Direct-Q 3 UV系统（巴西）产生的超纯水制备。H₂SO₄和乙醇购自Dinamica公司（巴西），罗丹明B（RDA-B）、罗丹明6G（RDA-6G）和4-二氰亚甲基-2-甲基-6-（对二甲氨基苯乙烯基）-4H-吡喃（DCM）标准品来自Lambda Physik（德国），奎宁（QN）、酒石酸、柠檬酸和氯化钾购自Sigma-Aldrich。

miniFDIB设备的验证

为执行基于荧光的数字成像分析，本研究采用由激发源和数字图像采集设备组成的系统来捕获样品的荧光发射。在FDIB方法中，检测器（相机）相对于激发源呈90°放置，以最小化直射光干扰。激发源发射的波长能够激发可见光谱内多种荧光化学物质，从而实现多组分分析。

结论

一种名为ROID的从荧光数字图像中获取分析信息的新方法首次被报道。该技术为数字图像信号检测提供了宽动态工作范围。与传统方法中最敏感的RGB通道在25 ng mL^-1至250 ng mL^-1浓度间变化且最高值仅达255不同，ROID利用受发光影响的像素数量作为分析信号，实现了从14 ng mL^-1到1000 ng mL^-1的线性响应，突破了经典方法的浓度检测上限。