一种利用太赫兹光谱技术检验液体中标志物蛋白的系统

本发明属于生物大分子检测领域，涉及一种基于太赫兹衰减全反射光谱技术快速检验人体中相关标志物分子的系统及方法。

背景技术：

人体中的液态样本获取比较容易，对诸如泪液、唾液、尿液等液体的采集过程安全无创；然而泪液、汗液等分泌量少且标志物蛋白本身分析的难度较高。故建立新的、有效的液体中标志物的检测方法对提高疾病标志物研究的实力具有重要意义。

标志物蛋白的检测对检测方法要求较高，而现有的对蛋白质的检测方法主要有：免疫学、质谱分析等方法。这些传统方法比较复杂，易产生假阴性和假阳性。太赫兹技术作为一种新兴技术具有以下几个特点：1)指纹性，几乎所有生物大分子的转动、振动频率在太赫兹波段，液体中蛋白分子可与太赫兹波产生相应的特征响应。2)安全性，太赫兹波的光子能量低，对液体中蛋白分子样品无电离破坏性，样品可重复测试。3)无标记性，利用太赫兹检测时，无需对液体中蛋白分子样品进行标记。

因此，如何利用太赫兹检测技术来检测液体中蛋白质等分子，有助于提高现有检测液体中标志物蛋白方法的精准度和速度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用太赫兹光谱技术检验液体中标志物蛋白的系统，实现对液体中标志物蛋白分子浓度和种类的快速、准确检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用太赫兹光谱技术检验液体中标志物蛋白的系统，包括：太赫兹衰减全反射系统和数据处理系统10；所述太赫兹衰减全反射系统包括：检测系统、温湿度控制系统6和进样系统7；

所述数据处理系统10包括有标志物蛋白太赫兹特征标识符数据库，用于对患者液体检测结果的对比及拟合，包括但不限于：正常液体及每种标志物蛋白不同浓度的太赫兹特征谱。

进一步，所述检测系统用于对样品的检测，包括但不限于：太赫兹发射源4、衰减全反射模块和太赫兹探测器5。

进一步，所述温湿度控制系统6用于保证测试湿度在5％以下，包括但不限于：系统保护罩和氮气排湿系统。

进一步，所述进样系统7用于样品进样及回收，及防止样品在检测过程中溶剂蒸发或被污染，包括但不限于：装样舱和微流道检测舱1。

进一步，所述标志物蛋白太赫兹特征标识符数据库的建立步骤为：

(1)收集被检测者样本液体，包括正常样本液体及病态样本液体，对悬浊液体离心后取上层清液；

(2)对收集的不同样本液体利用太赫兹衰减全反射系统检测，获得每种样本液体的介电数据，提取每种人体液体的太赫兹特征信息；

(3)分析每种人体液体及标志物蛋白的介电谱，建立病态人体液体-标志物蛋白-正常人体液体之间的关系，从而建立数据库。

更进一步，步骤(3)中，建立病态样本液体-标志物蛋白-正常样本液体之间的关系，具体包括：蛋白溶液的实际检测值与其太赫兹特征值(或吸收系数)、浓度在不同频率情况下具有以下关系：

在0.1thz处：

在0.2thz处：

在0.3thz处：

……

在kthz处：

其中，αkthz表示在0.1thz、0.2thz、0.3thz、……、kthz蛋白溶液的太赫兹特征值(或实际测出的太赫兹吸收系数)，αi表示第i种蛋白溶液的太赫兹特征值(或太赫兹吸收系数)，pi表示蛋白溶液种第i种蛋白含量比值；

根据以上公式，拟合出混合蛋白溶液的各成分的浓度。

进一步，该系统的检测方法是：首先利用太赫兹衰减全反射系统对患者该液体进行检测，并获得患者人体液体的介电谱，提取太赫兹特征信息；然后将患者人体液体的检测结果利用数据库进行拟合，获得患者人体液体中标志物蛋白的种类及其浓度。

本发明的有益效果在于：

1)本发明可实现对极少量样品的检测；部分人体分泌液如泪液、汗液具有分泌量少的特点，进样系统可准确把握每次测量所用的样品量并在检测后对样品进行回收，同时微流道制作的检测舱可大大减少样品在检测过程中由于水分蒸发引起的标志物蛋白浓度的误差。

2)本发明可实现对样品的回收；因太赫兹能量低，故检测过程不会破坏样品分子结构，样品检测后可回收，进行重复测试或其他测试如ph值测试等。

3)本发明可实现对患者液体中标志物种类和浓度的检测；通过对正常液体、标志物蛋白不同浓度溶液、病态液体的介电谱分析，建立了病态液体-标志物蛋白-正常液体之间的联系，并建立数据库，通过数据库对患者液体检测结果进行对比及拟合，可实现对患者液体中标志物蛋白的种类及浓度的检测。

4)利用本发明检测系统，无需对样品进行标记处理，操作简单、检测速度快。

5)本发明检测系统是基于光谱检测，其结果客观准确。

6)本发明只是对人体中的液体进行检测，部分人体的分泌液如泪液、唾液的提取无创无痛，方便快速。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明实施例中检测系统的俯视图；

图2为本发明实施例中检测系统的立体图；

图3为本发明实施例中检测系统含光路的效果图。

附图标记：1、微流道检测舱；2、光学棱镜；3、棱镜支架(断面图)；4、太赫兹发射源；5、太赫兹探测器；6、温湿度控制系统；7、进样系统；8、出样管；9、光学透镜；10、数据处理系统。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，本发明设计了一种利用太赫兹光谱技术检验液体中标志物蛋白的系统，包括：太赫兹衰减全反射系统和数据处理系统10。

太赫兹衰减全反射系统包括：检测系统、温湿度控制系统6和进样系统7。

检测系统用于对样品的检测，包括：太赫兹发射源4、衰减全反射模块(包括光学棱镜2和光学透镜9)和太赫兹探测器5。

温湿度控制系统6用于保证测试湿度在5％以下，包括：系统保护罩和氮气排湿系统。

进样系统7用于样品进样及回收，及防止样品在检测过程中溶剂蒸发或被污染，包括：装样舱、微流道检测舱1和出样管8。

数据处理系统10包括有标志物蛋白太赫兹特征标识符数据库，用于对患者液体检测结果的对比及拟合，包括但不限于：正常液体及每种标志物蛋白不同浓度的太赫兹特征谱。

以泪液为例：

泪液中的疾病标志物分子的检测方法包括以下步骤：

步骤1：选择太赫兹衰减全反射系统；

选择太赫兹衰减全反射系统，如图1所示，太赫兹波为p偏振，测试过程保证湿度在5％以下。

步骤2：制备泪液中疾病标志物标准样品；

选取标志物蛋白样品，并制备不同浓度的溶液，装入进样系统中，以备检测。

优选的，泪液中的标志物包括但不限于甲胎蛋白、癌胚抗原、肿瘤抗原、细胞角蛋白和神经元特异性烯醇化酶等因肿瘤产生而引起相关变化的生物大分子。

步骤3：检测泪液中标志物标准样品太赫兹信息；

将样品吸入进样装置内，连接注射器与微流道之间的导管，保证导管连接处气密性良好(见图1)；运行太赫兹衰减全反射系统采集光谱，先检测空白(参考信号)，再推入样品检测泪液样品(样品信号)，每个样品重复3～5次。在推入样品时，应无气泡，样品充满整个微流道检测舱。

提取泪液中标志物分子的太赫兹光谱信息，从而建立纯泪液中标志物的太赫兹特征信息，计算介电性质，并将其作为后续检测的参考标准。

步骤4：检测收集的泪液，正常泪液和不同的病态泪液；

按照步骤3的内容对泪液进行检测，并获得泪液的介电谱，并将其作为后续检测的参考标准。

步骤5：分析病态泪液-标志物蛋白-正常泪液介电谱之间的关系，建立数据库；

步骤6：检测患者泪液；

将待测样品置于太赫兹衰减全反射系统的进样系统中按步骤3进行检测，并获得患者泪液的太赫兹信息。

步骤7：处理患者泪液数据，并利用数据库内容对患者泪液数据进行对比及拟合，获得患者泪液中标志物蛋白的种类及浓度。

实施例1：检测泪液中流行性结膜炎标志物免疫球蛋白(igg、igm、iga)的太赫兹特征信息。本实例选用太赫兹衰减全反射系统对三种上述免疫球蛋白进行检测，具体包括以下步骤：

(1)igg、igm、iga标准样品制备

制备不同浓度的igg、igm、iga蛋白溶液，然后分别将样品放入进样系统，以备检测。

(2)利用太赫兹衰减全反射系统对空白进行检测后得到参考信号后，将待测样品(igg、igm、iga)推入微流道检测舱内检测得到样品信号，重复3次。

(3)分析数据，获得igg、igm、iga分子的太赫兹特征信息。

实施例2：检测正常泪液中的太赫兹特征信息。本实例选用太赫兹衰减全反射系统对上述泪眼进行检测，具体包括以下步骤：

(1)泪液收集

收集5个健康人泪液，分别将样品放入进样系统，以备检测。

(2)利用太赫兹衰减全反射系统对空白进行检测后得到参考信号后，将待测样品(泪液)推入微流道检测舱内检测得到样品信号。

(3)分析数据，获得正常泪液的太赫兹特征信息。

实施例3：检测泪液中糖尿病视网膜病变标志物分子(hsp27、b2m、tnf-α)的太赫兹特征信息。本实例选用太赫兹衰减全反射系统对三种上述标志物蛋白进行检测，具体包括以下步骤：

(1)建立泪液中糖尿病视网膜病变标志物分子的参考标准。

同实施例1中步骤(1)～(3)，分别检测出泪液中糖尿病视网膜病变标志物分子热休克蛋白27(hsp27)、β2微球蛋白(b2m)肿瘤坏死因子α(tnf-α)的太赫兹信息。同实施例2中步骤(1)～(3)，检测出糖尿病视网膜病变患者(不同患病程度)泪液的太赫兹信息。

分析实施案例2中检测出的正常泪液、糖尿病视网膜病变标志物蛋白(热休克蛋白27(hsp27)、β2微球蛋白(b2m)肿瘤坏死因子α(tnf-α))与糖尿病视网膜病变患者泪液之间的联系，建立泪液中糖尿病视网膜病变标志物分子的参考标准，并将其纳入数据库。

(2)待测样品检测

提取糖尿病患者泪液作为待测样品，离心后取上层清液，装入进样系统中；利用太赫兹衰减全反射系统对空白进行检测后得到参考信号后，将待测样品推入微流道内检测得到样品信号；分析数据，得到样品太赫兹特征信息。

(3)对比数据库分析数据，获取待测样品中视网膜病变标志物的种类及浓度信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。