基于哈达玛德编码的压缩主成分回归方法，用于快速波长扫描的表面等离子共振成像

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Hadamard-encoded compressive principal component regression for rapid wavelength-scanning surface plasmon resonance imaging

　　

摘要

表面等离子体共振成像（SPRi）可以实现无标记、高通量的生物分子分析，但传统的波长扫描配置依赖于昂贵的色散光学元件和宽带光源，这导致采集时间较长、光谱宽度增加以及在共振峰值处的噪声抗性较差。我们提出了一种结合了哈达玛编码压缩主成分回归（HC-PCR）技术的紧凑型LED阵列SPRi系统。六个窄带LED通过哈达玛二进制编码矩阵进行编码，仅需每162毫秒进行六次强度测量即可完成完整的光谱重建。正则化最小二乘反演方法可以恢复反射光谱，同时避免了易受噪声影响的共振峰值区域。随后，PCR模型将重建的光谱直接映射到低维主成分子空间中的相对折射率估计值。重要的是，由于制造过程中的非均匀性引起的像素间的光谱差异被用于丰富训练集，而不是作为误差被忽略。该系统使用NaCl溶液进行了校准，并在具有独立对齐的共振角度的广泛浓度范围内进行了芯片间验证，得到了出色的定量一致性（R2 > 0.99）。HC-PCR模式的检测分辨率为9.73×10^-7 RIU，并且相对于传统的共振波长跟踪方法，噪声抑制程度提高了大约一个数量级。此外，利用经过充分表征的兔IgG/山羊抗兔IgG结合系统，HC-PCR模式的定量线性（R2 = 0.99276）明显优于共振波长模式（R2 = 0.65554），并且提取的结合动力学数据与先前报道的SPR结果相符，验证了该系统在真实生物分子相互作用检测中的可靠性。这项工作为高通量SPRi折射率映射和生物分子相互作用分析提供了一种成本效益高、快速且准确的方法。

图形摘要