一种快速测量蛋白质热变性温度的方法与流程

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种快速测量蛋白质热变性温度的方法。

背景技术：

太赫兹(terahertz：thz)是指频率在0.1thz-10thz的电磁波，其光子能量约为1～10mev,不会产生有害的光致电离，特别适合于无标记，无损害的生物检测及识别，在生物医学领域具有重要的应用价值。

“超材料(metamaterial)”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。

蛋白质是生命的物质基础，是生命活动的主要承担者。但是，蛋白质会在一定条件下发生变性。凡是能引起蛋白质构象变化，而不涉及肽键断裂的任何过程都叫变性。变性会使得其物理性质、化学性质和生物性能发生变化，蛋白质在生命活动中表现的各种生物功能，完全取决于其构象，一旦这种构象改变，生物功能就随之消失。精确测量蛋白质热变性规律和热变性温度，具有十分重要的意义。

现阶段对蛋白质热变性温度的测量方法主要有示差扫描量热法(differentialscanningcalorimetry：dsc)。该方法包括溶液配制、压片制样和温度扫描记录等环节，测试过程复杂、计算量大、检测速度慢、准确度低，不能满足许多应用场合对测量准确性和实时性的要求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种快速测量蛋白质热变性温度的方法,，以解决现有技术中测试过程复杂、计算量大、检测速度慢、准确度低的缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种传感器单元，包括第一金属棒、第二金属棒和第三金属棒，所述第二金属棒和第二金属棒分别连接于所述第一金属棒的两端；所述第一金属棒、第二金属棒和第三金属棒围成一具有一开口的开口谐振器；

该传感器单元还包括h形谐振器，所述h形谐振器设置于由开口谐振器围成的空间内；

所述开口谐振器与所述h形谐振器在太赫兹频段具有相同的谐振吸收峰。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种传感器，包括基底和设置于所述基底上的由若干个所述的传感器单元组成的金属谐振器阵列。

可选地，所述基底为高阻硅。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种快速测量蛋白质热变性温度的系统，包括台权利要求2所述的传感器，还包括导热片3和加热片4，所述传感器设置于所述导热片上，所述导热片连接于加热台上，所述导热片上设置有圆孔，所述传感器设置于圆孔内。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种快速测量蛋白质热变性温度的方法，该方法包括以下步骤：

s1将待测蛋白质样品配制成不同浓度的蛋白质溶液；

s2将蛋白质溶液滴在如权利要求2或3所述的传感器表面，并在所述的传感器表面形成一层蛋白质薄膜；

s3将所述传感器放置于太赫兹波的焦平面，使太赫兹波垂直通过所述传感器；

s4当传感器所在环境的空气相对湿度至少降低到1％以下时，对传感器进行加热。

1.根据权利要求5所述的一种快速测量蛋白质热变性温度的方法，其特征在于，所述将待测蛋白质样品配制成蛋白质溶液，具体为：

取待测蛋白质样品与去离子水配制成一定浓度的蛋白质溶液。

2.根据权利要求5所述的一种快速测量蛋白质热变性温度的方法，其特征在于，在所述传感器的表面形成一层蛋白质薄膜的具体方法为：

s21将不同浓度蛋白质溶液滴到传感器表面；

s22对所述传感器在30℃温度下加热使所述传感器表面形成一层蛋白质薄膜。

如上所述，本发明的一种快速测量蛋白质热变性温度的方法,具有以下有益效果：

本发明通过谐振峰位置跳变来测量蛋白质热变性温度的方法，准确性高、操作简单、检测速度快，特别适合对准确性和实时性要求高的应用场合。

附图说明

为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。

图1为本发明实现一种利用超材料传感器与太赫兹光谱快速检测蛋白质热变性温度的方法的装置结构示意图；

图2为传感器和导热片的俯视图；

图3为超材料传感器结构阵列图,

图4为超材料传感器结构图；

图5为超材料传感器单元结构图；

图6为一种蛋白质在升温过程中的太赫兹透射光谱图；

图7为一种快速测量蛋白质热变性温度的方法的流程图。

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。需说明的是，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。

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，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4所示，本发明提供一种传感器单元，包括第一金属棒、第二金属棒和第三金属棒，所述第二金属棒和第二金属棒分别连接于所述第一金属棒的两端；所述第一金属棒、第二金属棒和第三金属棒围成一具有一开口的开口谐振器。

于一实施例中，所述第二金属棒、第三金属棒分别与所述第一金属棒垂直。也可以认为是一种u形传感器。

该传感器单元还包括h形谐振器，所述h形谐振器设置于由开口谐振器围成的空间内；所述开口谐振器与所述h形谐振器在太赫兹频段具有相同的谐振吸收峰。

于一实施例中，u形谐振器及h形谐振器材料是金属铝，金属层的厚度为200nm。其中u形谐振器的的两边及底边金属棒长*宽＝50μm*5μm，h型的两边棒长*宽＝35μm*5μm，中间横棒长*宽＝20μm*5μm。

如图3所示，本发明提供一种传感器，包括基底和设置于所述基底上的由若干个所述的传感器单元组成的金属谐振器阵列。于一实施例中，所述基底为高阻硅。

如图1、2所示，本发明提供一种快速测量蛋白质热变性温度的系统，包括台权利要求2所述的传感器，还包括导热片3和加热片4，所述传感器设置于所述导热片上，所述导热片连接于加热台上，所述导热片上设置有圆孔，所述传感器设置于圆孔内。

如图7所示，本发明还提供一种快速测量蛋白质热变性能的方法，包括以下步骤：

取5μm的待测蛋白质样品30μm去离子水配制成不同浓度的蛋白质溶液。(目的是：验证蛋白质的变性温度与浓度无关，只与温度有关)

使用移液枪取5μl配制好的不同浓度蛋白质溶液滴到传感器表面，让其在30℃的加热台上烘干，待其形成一层薄膜1，重复叠加到想要的待测浓度，并在30℃的加热台上烘干。

用一条导热良好且带有一个圆孔的金属条与加热台相连，将传感器2固定在圆孔5上面并且位于太赫兹波的焦平面上，使得圆孔中心与太赫兹波焦平面中心重合，让太赫兹波垂直通过传感器。

当太赫兹系统的空气相对湿度降低到1％以下时，开启温控加热器对样片进行加热升温。测量加热过程中透过样片的太赫兹光谱，重点观察并记录谐振吸收峰的位置变化情况。

根据实时测量升温过程中的太赫兹光谱可知，在蛋白质发生热变性前，谐振吸收峰的位置几乎不变。当发生热变性时，传感器谐振吸收峰位置往高频跳变，变化值会大于5ghz。因此，传感器谐振吸收峰位置往高频跳变时所对应的加热器温度即为蛋白质的热变性温度。这种测量方法的理论基础是：蛋白质变性后，蛋白质构像会发生变化，从而导致介电常数变化，而本发明的传感器对介电常数变化很敏感。

本发明涉及一种利用超材料传感器与太赫兹光谱快速检测蛋白质热变性温度的方法及系统。传感器由一个u字形谐振器及其所包围的h形谐振器组合而成，该传感器在太赫兹频段具有一个强烈的谐振吸收峰，当传感器表面覆盖一层物质时，吸收峰会向低频移动，而且频移量的大小与表面物质的浓度及其介电特性紧密相关。在进行蛋白质热变性温度测量时，首先将微量的蛋白质溶液滴到传感器表面，并烘干形成一层蛋白质薄膜。然后将传感器放入太赫兹光谱系统中，通过加热板进行加热，并进行太赫兹光谱采集。当温度没有达到蛋白质热变性温度时，谐振峰位置几乎不变。当温度达到蛋白质热变性温度时，会使得谐振峰频率往高频跳变，引起谐振峰频率跳变对应的温度即为蛋白质的变性温度。这种通过谐振峰位置跳变来测量蛋白质热变性温度的方法，准确性高、操作简单、检测速度快，特别适合对准确性和实时性要求高的应用场合。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。