基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法与流程

本发明属于生物分子检测技术领域，具体涉及一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法。

背景技术：

临床疾病检测的金标准很多均是需要通过有创性监测获得诊断，比如糖尿病，急慢性肾功能衰竭均需要进行血液系统的检测，而肾脏纤维化的检测甚至需要有创穿刺局部手术达到明确，且穿刺部位、标本的获取方式均影响结论的诊断。

糖尿病是一种慢性高血糖状态导致的综合征，是较常见的一种因胰岛素分泌不足导致的疾病，当胰岛素分泌不足，首先引起糖代谢障碍，因为胰岛素不足，糖进入细胞减少，糖原合成减少，糖醇解减少，磷酸戊糖通路减弱，三核酸循环减弱，由此导致肝、肌肉及脂肪等组织对葡萄糖的利用减少。

慢性肾衰竭的发病机理十分复杂，近来比较公认的是“尿毒症毒素学说’，该学说认为，新陈代谢是维持生命的基本保障，而人体的肾脏在这种保障中起着不可替代的作用，肾衰竭时，由于绝大部分肾实质被破坏，使得某些在正常情况下本可以通过肾脏进行排泄的毒素在体内蓄积进而产生毒性作用，积蓄在体内的这些物质就是尿毒症毒素。

急慢性肾功能衰竭是指人体不能通过肾脏产生尿液，将体内代谢产生的废物和过多的水分排出体外，如葡萄糖、蛋白质、氨基酸、钠离子、钾离子、碳酸氢钠、酸碱平衡失常等，还有肾素、促红细胞生成素、活性维生素d3、前列腺素、il-6、胱抑素c等激素、炎性因子的紊乱。尿毒症肾脏组织几乎全部纤维化，导致肾脏功能丧失的结果。临床上对于糖尿病及肾脏疾病的早期诊断及明确一直在持续探索中，并且发现对于血样品中血糖及血清肌酐的吸收峰较为敏感。

自从双光梳光谱学的概念被提出以来，相关的科研工作在近红外和中红外波段研究领域做了大量的验证性实验，红外吸收谱是表征气体分子特性的重要“分子指纹”，与含有迈克耳孙干涉仪的传统傅里叶变换光谱仪相比，双光梳光谱仪在光谱分辨率、采样时间以及信噪比方面都有更优越的性能，但也存在波长不相符的缺点，无法对血液成分及气体成分进行定性或定量的分析。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，实现利用光梳相干成像分析仪进行相关血液成分及气体成分分析。

本发明提供了一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，用于对血液检材中的生物分子的存在与否进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设置并调整光梳相干成像分析仪器，该仪器包括光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、介质反射镜(4)、1:1分束镜(5)、光电探测器(6)和频谱分析仪(7)，光梳同步控制器(1)分别和主光梳一(2)、从光梳二(3)连接，从主光梳一(2)发出的光被介质反射镜(4)反射，从从光梳二(3)发出的光被1:1分束镜(5)反射，经介质反射镜(4)和1:1分束镜(5)将主光梳一(2)、从光梳二(3)梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器(6)，光电探测器(6)接收并将转化来的信号供频谱分析仪(7)分析；

步骤二，开启光梳相干成像分析仪器，采集空白对照的光梳相干图谱；

步骤三，在主光梳一(2)和介质反射镜(4)的光路之间放置血液检材，开启光梳相干成像分析仪器，采集有样品时的的光梳相干图谱；

步骤四，将步骤三得到的图谱和步骤二得到的图谱求差运算得到血液检材的光梳相干图谱；

步骤五，根据步骤四中的血液检材的光梳相干图谱吸收带的波相干位置与吸收谱带的强度与标准生物分子的吸收带的波相干位置、标准物质的吸收谱带的强度进行比对，根据比对结果即可判定血液检材中是否存在某个生物分子。

本发明提供的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，还可以具有这样的特征：其中，生物分子包括葡萄糖、蛋白质、氨基酸、钠离子、钾离子、碳酸氢钠、肾素、促红细胞生成素、活性维生素d3、前列腺素、il-6、胱抑素c等激素、炎性因子、肌酐。

本发明提供的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，还可以具有这样的特征：其中，主光梳一(2)、从光梳二(3)的波数范围为6500-550cm^-1；光谱分辨率：0.5cm^-1。

本发明提供的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，还可以具有这样的特征，还包括：

步骤六，计算血液检材的光梳相干图谱中的吸收谱带的强度a与对应的标准物质的吸收谱带的强度a的相对比值a/a，则计算得到血液检材中含有对标准物质的含量为a/a。

本发明提供的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，还可以具有这样的特征：其中，血液检材是经过红外干燥的血液涂片。

本发明提供的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，还可以具有这样的特征：其中，生物分子为肌酐。

发明的作用与效果

本发明涉及的一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，根据具有不同结构的分子一定不会有相同的吸收光谱，其吸收带的波相干位置与吸收谱带的强度反过来反映了分子结构上的特点，可用来鉴定未知样品的化学基团或组成结构；谱带的吸收强度，则对应于分子的含量，因此，光梳光谱可以进行定量分析和纯度鉴定；特别是其高度现度、高精度的测量优势，可以用于成千万种已知生物分子的光谱标定，并建立光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库，作为生物分子的“指纹谱”；光梳光谱由于对样品没有任何限制，可对样品进行非接触无损检测；通过高精度光梳对病原体进行光谱分析，能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度，而且由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，能够应对突发、新发疾病的检测需求。

附图说明

图1是本实施例使用的光梳相干成像分析仪器的原理结构图；

图2未经干燥检测光谱；

图3经过干燥检测光谱；

图4气体干燥处理后疑似异常波段；a在1682处疑似有差异；b在1613处疑似有差异；c在1567处疑似有异；d在1535处疑似有差异；

图5正常人和五组患者的红外透射光谱图；以及

图6五组患者相对于正常人血清肌酐的红外吸收光谱。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法作具体阐述。

首先，对慢性肾功能衰竭其中血液透析及腹膜透析不同治疗方案的患者之间进行临床实验及血液实验的分析及干预，同时也对于肾脏肿瘤组织进行了病理及光学成像的检测；给予临床糖尿病患者、急慢性肾功能衰竭的患者进行呼吸成分检测。临床实验对尿毒症，高血压，糖尿病患者的呼气检测及血清样本检测。

以下以干燥的血液涂片(将待检的血液涂布在kbr底片上，并经过红外灯照射干燥5mins)为例来具体说明具体检测的方法。

步骤一，设置并调整光梳相干成像分析仪器，该仪器如图1所示，包括光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、介质反射镜(4)、1:1分束镜(5)、光电探测器(6)和频谱分析仪(7)，光梳同步控制器(1)分别和主光梳一(2)、从光梳二(3)连接，从主光梳一(2)发出的光被介质反射镜(4)反射，从从光梳二(3)发出的光被1:1分束镜(5)反射，经介质反射镜(4)和1:1分束镜(5)将主光梳一(2)、从光梳二(3)梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器(6)，光电探测器(6)接收并将转化来的信号供频谱分析仪(7)分析；

步骤二，开启光梳相干成像分析仪器，采集空白对照的光梳相干图谱；

步骤三，在主光梳一(2)和介质反射镜(4)的光路之间放置血液检材，开启光梳相干成像分析仪器，采集有样品时的的光梳相干图谱；

步骤四，将步骤三得到的图谱和步骤二得到的图谱求差运算得到血液检材的光梳相干图谱；

步骤五，根据步骤四中的血液检材的光梳相干图谱吸收带的波相干位置与吸收谱带的强度与标准生物分子的吸收带的波相干位置、标准物质的吸收谱带的强度进行比对，根据比对结果即可判定血液检材中是否存在某个生物分子。

结果发现对于临床急慢性肾功能衰竭的患者，急性肾功能衰竭未透析患者在气体未干燥处理时在1560处无明显差异，未见相关异常(见图2)，但在气体干燥处理后在1560波段处有明显差异(见图3)，在四个疑似频谱异常波段1535、1567、1613、1682存在可疑异常(见图4)。

样本检测后发现患者的肌酐数值较为敏感，且数值大小和吸收峰存在正相关。对于合并脑血管意外及高血压糖尿病的患者样本进行了处理和分析(图5、6)，通过比较病人与正常人血液的红外吸收光谱图(采用作差法，用患者的红外光谱图减去正常人的红外光谱图)，在1652波数、3100-3600波数均能观察到明显吸收，其中，1652波数代表血液样品中羰基(＝c0)的吸收峰，3100-3600波数为氨基(-nh2)的吸收峰，该测量结果表明，患者体内的肌酐含量比正常人明显要高，在特定的基团吸收峰处表现出较强吸收，并且，吸收峰的高低也可以定量来标明患者体内的肌酐含量，为临床医学诊断提供了很好的参考。而针对临床血清学样本对比后可以看到，743血清ccr149umol/l，730血清ccr55umol/l，717血清ccr48umol/l，723血清ccr38umol/l，718血清ccr36umol/l，吸收峰高低和临床血清样本检测相符。

本实施例涉及的一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，利用光梳相干成像对相关血液成分及气体成分进行分析，通过比较病人与正常人血液的红外吸收光谱图(采用作差法，用患者的红外光谱图减去正常人的红外光谱图)，在1652波数、3100-3600波数均能观察到明显吸收，其中，1652波数代表血液样品中羰基(＝c0)的吸收峰，3100-3600波数为氨基(-nh2)的吸收峰，测量结果表明，患者体内的肌酐含量比正常人明显要高，在特定的基团吸收峰处表现出较强吸收，并且，吸收峰的高低也可以定量来标明患者体内的肌酐含量，为临床医学诊断提供了很好的参考。而针对临床血清学样本对比后可以看到，743血清ccr149umol/l，730血清ccr55umol/l，717血清ccr48umol/l，723血清ccr38umol/l，718血清ccr36umol/l，血清肌酐值排序为723>743>718>730>717，吸收峰高低和临床血清样本检测相符，可以建立临床上慢性肾功能血清学检测的光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库，作为生物分子的“指纹谱”。

实施例的作用和效果

本发明涉及的一种基于光梳相干成像分析的生物分子检测方法，根据具有不同结构的分子一定不会有相同的吸收光谱，其吸收带的波相干位置与吸收谱带的强度反过来反映了分子结构上的特点，可用来鉴定未知样品的化学基团或组成结构；谱带的吸收强度，则对应于分子的含量，因此，光梳光谱可以进行定量分析和纯度鉴定；特别是其高度现度、高精度的测量优势，可以用于成千万种已知生物分子的光谱标定，并建立光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库，作为生物分子的“指纹谱”；光梳光谱由于对样品没有任何限制，可对样品进行非接触无损检测；通过高精度光梳对病原体进行光谱分析，能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度，而且由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，能够应对突发、新发疾病的检测需求。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，波数范围：6500-550cm^-1；光谱分辨率：0.5cm^-1；波数准确度：在3000cm^-1处误差范围优于0.1cm^-1；信噪比：9300:1(积分时间5s)。根据具有不同结构的分子一定不会有相同的吸收光谱，其吸收带的波相干位置与吸收谱带的强度反过来反映了分子结构上的特点，可用来鉴定未知样品的化学基团或组成结构，建立光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库，作为生物分子的“指纹谱”，对样品进行非接触无损检测。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，由谱带的吸收强度，则对应于分子的含量，因此，光梳光谱可以进行定量分析和纯度鉴定。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，根据其高重现度、高精度的测量优势，可以用于成千万种已知生物分子的光谱标定，并建立光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库，作为生物分子的“指纹谱”。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，光梳光谱由于对样品没有任何限制，能够对样品进行非接触无损检测。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，光梳光谱通过已建立的图谱库能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度。

本发明提供的光梳相干成像分析生物分子的检测方法，由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，能够应对突发、新发疾病的检测需求。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。