物种之间转化速率的获取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种物种之间转化速率的获取方法及装置，所述方法包括：基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布；基于所述宏观时间和所述微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱；通过所述荧光寿命分布对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率。本发明专利技术实施例提供了一种物种之间转化速率的获取方法及装置，通过获取荧光寿命分布与基于宏观时间和微观时间所确定的二维荧光寿命相关谱，解决了传统的FCS分析方法对同一体系含有多个物种时，无法获得物种之间相互作用的问题，不仅可以对物种进行区分，还实现了定量获得物种间转化速率的有益效果。

Method and apparatus for obtaining conversion rates between species

The embodiment of the invention discloses a method and a device for obtaining the conversion rate between species, the method includes: data acquisition fluorescence lifetime decay curve obtained based on the photon flux; fluorescence lifetime decay curves were fitted to obtain the distribution of the fluorescence lifetime of each species; the macroscopic and the microscopic time to determine the time preset the number of two-dimensional fluorescence lifetime correlation spectrum based on the two-dimensional; based on fluorescence lifetime correlation spectroscopy for processing distribution of the fluorescence lifetime, obtain conversion rate of each species. The embodiment of the invention provides a method and a device for obtaining the conversion rate between species, by obtaining the fluorescence lifetime distribution and two-dimensional fluorescence lifetime determined by macro and micro time based on the correlation spectrum, solves the traditional FCS method on the same system contains a number of species, unable to obtain the interaction between species the problem, can not only distinguish between species, also has obtained quantitative beneficial effect transformation rate between species.

【技术实现步骤摘要】
物种之间转化速率的获取方法及装置
本专利技术实施例涉及荧光分析领域，尤其涉及一种物种之间转化速率的获取方法及装置。
技术介绍
随着近年来光学检测技术的发展，荧光相关光谱能够对物质性质、分子间相互作用、生物样品以及药物筛选等方面进行检测。自然界中存在许多亚稳态之间的化学反应，例如一些生物大分子的构象转变，分子复合物的吸附解吸附等。这些反应通常具有重要的意义：蛋白质的构象转变通常伴随着功能的改变，从而导致一些疾病的产生；生物大分子在纳米材料界面的吸附解吸附是评估纳米材料生物效应及安全性的重要方面。因此，研究物种中分子间的化学反应至关重要。荧光相关光谱(FluorescenceCorrelationSpectroscopy，FCS)是一种常用的研究分子扩散及化学反应动力学的方法，可测定微区内(<10-15L)荧光团由于布朗运动或化学反应而导致的荧光强度涨落，是一种重要的单分子检测技术。然而，当体系中存在多个物种时，传统的FCS分析方法得到的是所有物种自相关和互相关的加和，无法对物种进行区分，也就无法获得物种之间相互作用的信息。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种物种之间转化速率的获取方法及装置，以获取物种之间的转化速率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种物种之间转化速率的获取方法，包括：基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；其中，所述光子流数据包括光子到达检测器的宏观时间和微观时间，所述宏观时间为从第一个激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间，所述微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间；对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布；基于所述宏观时间和所述微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱；通过所述荧光寿命分布对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种物种之间转化速率的获取装置，包括：荧光寿命衰减曲线获取模块，用于基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；其中，所述光子流数据包括光子到达检测器的宏观时间和微观时间，所述宏观时间为从第一个激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间，所述微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间；荧光寿命分布获取模块，用于对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布；二维荧光寿命相关谱获取模块，用于基于所述宏观时间和微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱；速率获取模块，用于通过所述荧光寿命分布对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率。本专利技术实施例提供了一种物种之间转化速率的获取方法及装置，通过获取荧光寿命分布与基于宏观时间和微观时间所确定的二维荧光寿命相关谱，解决了传统的FCS分析方法对同一体系含有多个物种时，无法获得物种之间相互作用的问题，不仅可以对物种进行区分，还实现了定量获得物种间转化速率的有益效果。附图说明图1A是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法的流程图；图1B是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中样品的荧光寿命衰减的曲线示意图；图1C是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中样品的荧光寿命分布示意图；图1D是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中样品的二维荧光寿命相关谱示意图；图1E是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中样品的物种间相关性的示意图；图1F是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中样品的荧光寿命衰减曲的线示意图；图1G是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中的荧光寿命分布示意图；图1H是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中的二维荧光寿命相关谱示意图；图1I是本专利技术实施例一中的一种物种之间转化速率的获取方法中的物种间相关性的示意图；图2A是本专利技术实施例二中的一种物种之间转化速率的获取装置的结构示意图；图2B是本专利技术实施例二中的一种物种之间转化速率的获取装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1A为本专利技术实施例一提供的一种物种之间转化速率的获取方法的流程图，本实施例可适用于多个物种之间转化速率的获取的情况，该方法可以由本专利技术实施例提供的物种之间转化速率的获取装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在任何提供物种之间转化速率的获取功能的设备中，如图1A所示，具体包括：S110、基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；其中，所述光子流数据包括光子到达检测器的宏观时间和微观时间，所述宏观时间为从第一个激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间，所述微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间。本专利技术实施例采用TTTR(Time-taggedtimeresolved，时间标记时间分辨)模式的荧光寿命相关光谱(FluorescenceLifetimeCorrelationSpectroscopy，FLCS)，通过二维荧光寿命去卷积的数据处理方法，计算物种之间的转化速率，采用的测量仪器包括光源、共聚焦光学系统、数据采集系统和检测器等部分。其中，共聚焦光学系统包括二色镜、透镜和滤光片；数据采集系统为时间相关单光子计数器；检测器通常为高灵敏度的单光子检测器。具体的，光源产生的激光光束经二色镜反射后由透镜聚焦在样品上，激发样品中的荧光分子，样品产生的荧光通过同一个物镜收集，并由单光子检测器检测。当一束激光照射与激光能量匹配的某荧光物质时，该物质的电子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，由于在激发态上的电子具有不稳定性，因此，激发态上的电子再以辐射跃迁的形式回到基态并发出光子，从而产生荧光。当激发停止后，分子的荧光强度降到激发时最大强度的1/e所需的时间即光子在激发态上停留的平均时间称为荧光寿命，荧光强度即光子数目。记录脉冲激光激发样品产生的光子序列信息，即光子流数据，包括光子到达检测器的宏观时间、微观时间以及光子数目，如表一所示。光子数目宏观时间(ms)微观时间(ns)145525663685N2448具体的，单光子计数器只记录了在每一个脉冲下，第一个到达检测器的光子的宏观时间和微观时间。其中，宏观时间为从测量开始计时，光子到达检测器时所对应的时间；微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，光子到达检测器时所对应的时间。对所得到的光子的微观时间进行统计，即可得到样品荧光寿命衰减曲线，如图1B所示，图1B是样品6nMCy5(τ＝1ns)荧光染料与2.7nMAlexa633(τ＝3.4ns)混合物得到的荧光寿命衰减的曲线。由图1B可知，曲线1为荧光染料Cy5与Alexa633混合物的荧光寿命衰减曲线；曲线2为拟合后的荧光染料Cy5与Alexa633混合物的荧光寿命衰减曲线；曲线3为IRF检测仪器响应函数。S120、对所述荧光寿命衰减曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物种之间转化速率的获取方法，其特征在于，包括：基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；其中，所述光子流数据包括光子到达检测器的宏观时间和微观时间，所述宏观时间为从第一个激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间，所述微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间；对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布；基于所述宏观时间和所述微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱；通过所述荧光寿命分布对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率。

【技术特征摘要】
1.一种物种之间转化速率的获取方法，其特征在于，包括：基于获取的光子流数据获取荧光寿命衰减曲线；其中，所述光子流数据包括光子到达检测器的宏观时间和微观时间，所述宏观时间为从第一个激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间，所述微观时间为从激发所述光子的激光脉冲的发射时间开始计时，所述光子到达检测器时所对应的时间；对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布；基于所述宏观时间和所述微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱；通过所述荧光寿命分布对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述荧光寿命衰减曲线进行拟合，获取各物种的荧光寿命分布，包括；基于如下的公式获取各物种的荧光寿命分布：其中，IRF为检测仪器响应函数，a为物种的荧光寿命分布矩阵，τ为预设的荧光寿命序列，且τ＝{τ1,…,τp,…,τP}，其中，τP为预设的第p个荧光寿命的数值，I(t)为微观时间t时刻物种的荧光强度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述宏观时间和微观时间确定预设数量的二维荧光寿命相关谱包括；在获取的所述光子流数据中，选取所述宏观时间之间的时间间隔为ΔT的光子对；其中，ΔT是以选取次数为变量的函数；以所述光子对中的两个光子的所述微观时间分别作为建立的坐标系的横坐标和纵坐标；在所述坐标系中的各位置记录与所述各位置对应的所述光子对的数目；基于所述光子对的数目、所述宏观时间之间的时间间隔为ΔT与所述光子对中两个光子分别对应的微观时间确定二维荧光寿命相关谱。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：返回选取所述宏观时间之间的时间间隔为ΔT的光子对的操作，直至所有光子被选取，以获取预设数量的二维荧光寿命相关谱。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述荧光寿命分布函数对所述二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间相互转化的速率，包括：对所述二维荧光寿命相关谱进行归一化处理，获取归一化的二维荧光寿命相关谱；通过所述荧光寿命分布对所述归一化的二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间的相关性数据；基于所述相关性数据获得各物种之间的相互转化的速率。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过荧光寿命分布函数对所述归一化的二维荧光寿命相关谱进行处理，获得各物种之间的相关性数据，包括：基于如下的公式获取各物种之间的相关性数据：其中，Gij(ΔT)为i物种与j物种在宏观时间之间的时间间隔为ΔT时的相关性数据；I0,i与I0,j分别为所述i物种与j物种的荧光强度最大值，且I0,i与I0,j基于如下的公式进行确定：

【专利技术属性】
技术研发人员：谢黎明，高珊珊，崔孟华，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11