一种基于FFT计算的生物分子结合模式检测装置及检测方法与流程

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种基于fft计算的生物分子结合模式检测装置及检测方法。

背景技术：

生物分子间的各种对接模式是药物筛选领域必不可少的一个环节，也是新药生产最直接有效的一种方式。生物分子之间的相互认识作用使得细胞内的各种生理活动得以进行，例如细胞的增值、分化和消亡，基因的复制、转录和翻译等。但是，分子间的这种相互认识、相互识别，最后相互配对都是人们肉眼无法看到的，人们肉眼很难去判断这些分子匹配程度的强弱。

专利201510254407.1，公开一种方便拆解的双驱动耦合模式的亚型猪流感检测装置，本案要点是，基片选定具有原生态表面的pdms，并将其夹持臂上附设有微型超声波换能器的弹力夹以弹力咬合定位在该微流控芯片的试样液流终端其近邻位置，以超声波降低界面张力，同时利用pdms对超声波的强吸收能力，达成超声波强度在短距离内快速递减，从而在该芯片的两端形成界面张力差异，该差异提供一种驱赶试样液流沿疏水毛细通道向该终端方向流动的力量，该力量并且同时与结构中包含的微泵其机械性泵送力量协同运作。专利201080026050.7，提供了一种新型体系结构的固态生物传感器，用于血管内皮生长因子(vegf)杂交的无标记物的检测，检测机制是基于循环系统vegf与固定的vegf适体的电化学结合；籍此这两种化合物的结合可调整新型电路的阈电压，改变所述电路的阻抗(电容)。该新型电路的特征还在于以p-si底物编码的电极，增强vegf分子和适体之间的亲和性。配置形成流体电池的装置，使得所述流可以送递vegf样品至芯片的活性表面上；所述装置可以具有并联电容器阵列，所述阵列作为集成的个体反电极发挥作用；具有计算装置，所述计算装置利用时域上的传感输出，目的是使得可检测、报告并形成用于vegf测量的稳态环。上述装置能够提供经准确测量的vegf分子的体内定量变化率，提供该重要生物标记物的实时反馈，通过形成并联电容器的矩阵阵列实现，使得可获得低成本、便携、完全集成的装置。但是基于fft计算的生物分子结合模式检测装置及检测方法并没有出现相关的技术方案。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

本发明针对人眼无法直接生物分子间的各种对接模式的缺陷问题，提供了一种基于fft计算的生物分子结合模式检测装置及检测方法，通过将视觉转换为听觉，根据生物分子间匹配得到的打分项数值，经过语音报数器直接报出数值，让人们直接了解结合模式的好坏。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于fft计算的生物分子结合模式检测装置，包括微控制器、振荡电路、复位电路、数据接收模块、电源模块、语音报数电路、扬声器，所述振荡电路、复位电路、数据接收模块、语音报数电路为微控制器的外围电路分别与微控制器相连；电源模块为微控制器、语音报数电路供电分别与微控制器、语音报数电路相连；所述语音报数电路与扬声器相连，用于驱动扬声器。

进一步地，所述微控制器为单片机。

进一步地，所述单片机为c8051f020。

进一步地，所述语音报数电路包括运算放大器u1、滑动变阻器r1、扬声器s1，电阻r2、r3，电容c1、c2、c3，所述电容c1与电阻r1一端相连，电阻r1滑动端与运算放大器u1同相输入端相连，电阻r1另一端接地；运算放大器u1反相输入端接地，运算放大器u1同相输入端与输出端之间连接有电阻r2，运算放大器u1输出端通过电阻r3、电容c2串联后接地；运算放大器u1输出端还通过电容c3与扬声器s1一端相连，扬声器s1另一端接地。

进一步地，所述运算放大器u1为运放ne5532。

一种基于fft计算的生物分子间结合模式检测方法，包括以下步骤：

s1、进行快速傅里叶(fft)计算匹配，fft计算匹配过程中，已知受体和配体分子特性在对接过程中形成复合物特性，特性均表现在每个原子之上，求解这种特性的方程:

其中和分别是受体和配体的投影离散函数，n是格点数，α,β,γ分别是配体质心在三个坐标轴上偏离受体质心的格点步数，l,m,n为三维坐标起始位置处；

s2、利用打分函数对步骤s1得到的复合物进行打分；

s3、将步骤s2得到的分数经过无线蓝牙设备传输给微控制器的接收装置；

s4、微控制器将步骤s3接收到的分数根据从高到低的顺序将数值进行拆分，并传给语音报数电路；

s5、语音报数电路将原先存入的数字与接收到的数字进行比对，得到相应数字的存储地址，依次全部获得每位数字的地址；

s6、语音报数电路通过扬声器播放相应地址内的内容，得到打分项数值。

进一步地，所述步骤s1快速傅里叶变换包括以下步骤：

s1.1、基于受体a的原子坐标和配体b的原子坐标分别确定受体a的投影离散函数和配体b的投影离散函数

s1.2、对投影离散函数进行快速傅里叶变换并求复共轭，同理对投影离散函数也进行快速傅里叶变换,

a和b分别为快速傅里叶得到的结果，a*代表复共轭；

s1.3、求频域的乘积(即为时域卷积)，

co,p,q＝a^*o,p,q·bo,p,q(4)

c代表复合物傅里叶变换得到的结果；

s1.4、对co,p,q进行快速傅里叶逆变换求得相关特性函数，

(三)有益效果

本发明的有益效果：一种生物分子间结合模式的检测装置及检测方法，通过打分程序，将每次匹配的情况进行打分，然后将分数传给语音报数器，语音报数器根据接收到的数字，进行从高到低按位划分传给语音报数器，语音报数器根据接收到的数字和原本存入数字进行对比得到数字的地址，语音报数器播放地址内容，依次将数字读出；本发明通过将视觉转换为听觉，根据生物分子间匹配得到的打分项数值，经过语音报数器直接报出数值，让人们直接了解结合模式的亲和力强弱；本发明不仅简单易懂，而且切实可行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置原理框图；

图2为语音报数电路原理图；

图3为本发明检测方法流程图。

相关元件符号说明：运算放大器u1、滑动变阻器r1、扬声器s1，电阻r2、r3，电容c1、c2、c3。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1，一种基于fft计算的生物分子结合模式检测装置，包括微控制器、振荡电路、复位电路、数据接收模块、电源模块、语音报数电路、扬声器。振荡电路、复位电路、数据接收模块、语音报数电路为微控制器的外围电路分别与微控制器相连，电源模块为微控制器、语音报数电路供电分别与微控制器、语音报数电路相连，所述语音报数电路与扬声器相连，用于驱动扬声器。微控制器为检测装置的核心，微控制器可以是单片机，单片机可以是c8051f020，c8051f020单片机具有8位500ksps的adc，带pga和8通道模拟多路开关；两个12位dac，具有可编程数据更新方式；有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；振荡电路为微控制器提供时钟；复位电路实现检测装置的复位控制；数据接收模块用于接收数据；语音报数电路用于驱动扬声器报数；电源模块为检测装置提供电能。

结合图2，语音报数电路包括运算放大器u1、滑动变阻器r1、扬声器s1，电阻r2、r3，电容c1、c2、c3，电容c1与电阻r1一端相连，电阻r1滑动端与运算放大器u1同相输入端相连，电阻r1另一端接地，运算放大器u1反相输入端接地，运算放大器u1同相输入端与输出端之间连接有电阻r2，运算放大器u1输出端通过电阻r3、电容c2串联后接地，运算放大器u1输出端还通过电容c3与扬声器s1一端相连，扬声器s1另一端接地。运算放大器u1为运算放大器ne5532，运放ne5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路，具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点，适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。

结合图3，一种基于fft计算的生物分子结合模式检测方法，包括以下步骤：

s1、进行快速傅里叶(fft)计算匹配，fft计算匹配过程中，已知受体和配体分子特性在对接过程中形成复合物特性，特性均表现在每个原子之上，求解这种特性的方程:

其中和分别是受体和配体的投影离散函数，n是格点数，α,β,γ分别是配体质心在三个坐标轴上偏离受体质心的格点步数，l,m,n为三维坐标起始位置处。

快速傅里叶变换具体流程：

s1.1、基于受体a的原子坐标和配体b的原子坐标分别确定受体a的投影离散函数和配体b的投影离散函数

s1.2、对投影离散函数进行快速傅里叶变换并求复共轭，同理对投影离散函数也进行快速傅里叶变换,

a和b分别为快速傅里叶得到的结果，a*代表复共轭；

s1.3、求频域的乘积(即为时域卷积)，

co,p,q＝a^*o,p,q·bo,p,q(4)

c代表复合物傅里叶变换得到的结果；

s1.4、对co,p,q进行快速傅里叶逆变换求得相关特性函数，

s2、利用打分函数对步骤s1得到的复合物进行打分；

s3、将步骤s2得到的分数经过无线蓝牙设备传输给微控制器的接收装置；

s4、微控制器将步骤s3接收到的分数根据从高到低的顺序将数值进行拆分，并传给语音报数电路；

s5、语音报数电路将原先存入的数字与接收到的数字进行比对，得到相应数字的存储地址，依次全部获得每位数字的地址；

s6、语音报数电路通过扬声器播放相应地址内的内容，得到打分项数值。

具体工作时，首先进行快速傅里叶(fft)计算匹配，通过打分函数得到生物分子间结合模式的打分情况；其次，将得到的分数通过无线蓝牙装置传输给微控制器的接收模块，然后接收装置将数据传给微控制器，微控制器将接收到的数据按从高到低的顺序拆开，拆开后将各位数字传输给语音报数电路，语音报数电路根据预先存入的数字与接收到的数字进行比对，得到该数字的对应地址，最后通过扬声器播放每位数字，根据听到的数字直接判断生物分子间结合模式的好坏情况。

本发明是实时进行的，数据的传输采用无线模式，更加节约空间，更加方便简单，采用的设备为蓝牙设备，主要做的工作如下：首先查看蓝牙手册，获取蓝牙从机配对密码，波特率等条件；通过计算机蓝牙串口调试软件，发送at指令，更改另一个蓝牙的主从模式，将其改为主机模式；通过at指令更改蓝牙主机的配对密码，使其与从机密码相同；更改蓝牙主机波特率，与蓝牙从机的波特率一直。打开电源，观察能否自动匹配成功。通过打分函数得到分子间结合模式的打分项，在生物分子间结合结束后将该数值通过蓝牙设备(从机)，传输给音乐播放器的蓝牙设备(主机)，蓝牙主机将数据传给音乐播放器的处理器，处理器将数值从高位到低位依次拆开传输给语音报数电路，语音报数电路根据预先存入的数字与之进行对比，得到该数字的存入地址，语音报数电路通过扬声器报数该地址中内容，从而得到打分项数值。

生物分子间结合模式好坏情况控制语音报数具体方案：预先在语音报数电路中分配相应地址，对应存入数字‘0’，‘1’，‘2’，‘3’，‘4’，‘5’，‘6’，‘7’，‘8’，‘9’。此外，预先编写计算生物分子间结合模式相关打分函数子程序，在生物分子模拟时调用该程序。最后，准备工作还有蓝牙间的配对，主要通过at指令修改蓝牙的主从模式，波特率，配对密码等条件。所有准备工作做完后，就可以打开计算机软件，进行生物分子间结合模式好坏程度的测试，只要通过听到的数字便可知道生物分子间结合模式好坏程度，方案简便可行。

综上所述，本发明实施例，生物分子间结合模式的检测装置及检测方法，通过打分程序，将每次匹配的情况进行打分，然后将分数传给语音报数器，语音报数器根据接收到的数字，进行从高到低按位划分传给语音报数器，语音报数器根据接收到的数字和原本存入数字进行对比得到数字的地址，语音报数器播放地址内容，依次将数字读出；本发明通过将视觉转换为听觉，根据生物分子间匹配得到的打分项数值，经过语音报数器直接报出数值，让人们直接了解结合模式的亲和力强弱；本发明不仅简单易懂，而且切实可行。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。