液态卟啉阵列光学检测装置及其检测氨基酸的方法制造方法及图纸

一种液态卟啉阵列光学检测装置及其检测氨基酸的方法，涉及卟啉光学检测氨基酸的装置及方法。本发明专利技术装置主要包括光源系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统及电源系统，特征是：在反应室内基板的中部分割为１０块，并设置１０个比色皿，在１０个比色皿中，放置液态卟啉检测溶液。本发明专利技术方法，利用本发明专利技术装置，经过制备卟啉溶液和氨基酸溶液及液态卟啉检测溶液，检测液态检测溶液中氨基酸的光谱图，对光谱图进行分析比较并判断出氨基酸的种类。本发明专利技术方法简单，操作简便快捷，检测成本低廉，检测的重复性好、准确度高、灵敏度和精确度高，无环境污染。本发明专利技术可广泛应用于生物、医学、催化及材料、生物制药、食品发酵及酿造工业中。

Liquid porphyrin array optical detection device and method for detecting amino acid thereof

The invention relates to a liquid porphyrin array optical detection device and a method for detecting amino acid thereof, relating to a device and a method for detecting amino acids by porphyrin optics. The device of the invention includes a light source system, reaction chamber, spectrum acquisition system, signal processing system and analysis of power system is characterized in that the reaction chamber central substrate is divided into 10 blocks, and set the 10 cuvette in 10 cuvettes, placed in liquid porphyrin detection solution. The method of the invention, the device of the invention utilizes, after preparation of porphyrin solution and amino acid solution and liquid porphyrin solution spectra detection, detection of amino acid liquid detection solution, analyze the spectrum comparison and determine the amino acid type. The method has the advantages of simple method, simple and fast operation, low detection cost, good repeatability, high accuracy, high sensitivity and accuracy, and no environmental pollution. The invention can be widely used in biology, medicine, catalysis and material, biological pharmacy, food fermentation and brewing industry.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氨基酸检测
，具体涉及卟啉光学检测氨基酸的装置及检测方法。
技术介绍
氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质，是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动有着密切的关系。它在抗体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。氨基酸主要有以下功能1、构成人体的基本物质，是生命代谢的物质基础；2、是食物中的营养素；3、抗衰老；4、在医疗领域的应用。氨基酸在医药上主要用来制备复方氨基酸输液，也用作治疗药物和用于合成多肽药物。由多种氨基酸组成的复方制剂在现代静脉营养输液以及要素饮食疗法中占有非常重要的地位，对维持危重病人的营养，抢救患者生命起积极作用，成为现代医疗中不可少的医药品种之一。氨基酸的种类繁多，且各自的作用也不尽相同，如谷氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸等氨基酸单独用于治疗肝病疾病、消化道疾病、脑病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、儿科营养和解毒等。氨基酸衍生物在癌症治疗上出现了希望。因此，通过对氨基酸进行检测，能指导临床的病理生理研究、疾病诊断、对药物进行毒理研究和安全性评价等。氨基酸代谢情况的检测将应用于药物毒理筛选、对药物的研发和安全使用等，在重大疾病的早期诊断、个性化治疗、中医药结合等科学领域中都有着极其广泛和重要的应用前景。所以对氨基酸的检测分析具有很重要的作用。 现有光学检测装置及检测氨基酸的方法，如申请号为89205054. 3的必需氨基酸测定仪专利，公开的检测装置主要由光电比色光路系统、光电检测系统、A/D转换电路、专用单片微机系统和电源电路等组成。该装置的主要缺点是①光电检测系统是由光电池，调零、调满度电阻R1、 R2、 R3，转换开关，高精度、低漂移运算放大器所组成，结构比较复杂，因此使检测速度相对较慢；②专用单片微机系统使用的是8031单片机系统，用起来需要外扩程序和数据空间，很麻烦，使得外围器件多，而且8031的功耗也大，性能不高，应用受限，不便于推广。③只能测定天然蛋白质及粗蛋白含量中的必需氨基酸。又如《传感器和驱动器B》(《Sensors and Actuators B》)2003年第91巻第227-230页的固态光学检测氨基酸(Solid-state optical detection of amino acids)，， 一文，公开的检测氨基酸的方法是将Meso-四(4-磺酸基苯基)卟啉(TPPS)单层固定到纤维素膜(即分子-多孔膜管)上，经孵化过夜及洗净后，作为固态光学传感器。在被测的4种L-氨基酸(精氨酸、甘氨酸、组氨酸和丝氨酸)溶液中，在PH值为7条件下，分别加入磷酸钠缓冲剂，制备出被测的4种氨基酸缓冲溶液。将被测的4种氨基酸缓冲溶液分别放置于固态光学传感器的分子_多孔膜管中进行反应。分别将未与氨基酸缓冲溶液反应的膜和与氨基酸溶液反应的膜置于比色皿中，用Cary4E分光光度计和Grams/32仪器测量膜的光谱并分析反应前后的光谱变化。吸收光谱对应的比色皿中氨基酸浓度的线性关系点用PSI-Plot。该方法的缺点是(l)需对卟啉进行膜固定，且需用到几种试剂对成膜前后进行漂洗净，增加了工序及工时；(2)在进行卟啉膜固定时，需孵化过夜，大大增加了反应检测的准备时间；(3)用了成膜材料及多种 缓冲试剂，增加了生产成本；(4)有清洗液排放，会带来一定的环境污染。再如《光电工程》 2009年1月第36巻第1期的多点测量式毒气阵列检测系统研究与光谱分析一文，公开 的阵列式毒气检测系统，用金属卟啉条为敏感物质，对毒气种类的识别和痕量浓度进行检 测，该系统由光学检测模块、毒气流路模块、测头精密机械传动定检模块、嵌入式硬件模块 和数据处理分析与控制软件模块组成。该系统的主要缺点是(l)需先把金属卟啉制成气 敏试剂块，然后把这些试剂块固定在玻璃基层上，最后再将有机保护层与玻璃基层进行胶 合制作成气敏阵列条，因此制作阵列的操作过程过于复杂，耗时较长，增加了工序及工时； (2)在把金属卟啉制成气敏阵列条时，此操作过程用到了许多将金属卟啉进行固定化的材 料，大大增加了生产成本；(3)被检测气体只能与金属卟啉气敏阵列条的表面接触，这在一 定程度上限制了被检测气体与金属卟啉的充分反应。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有卟啉检测氨基酸方法的不足之处，提供一种液态卟啉阵 列光学检测装置及其检测氨基酸的方法。本专利技术具有操作简便，检测易行、快速，成本低，节 约能耗与资源，环境无污染等特点。 本专利技术的原理是卟啉类化合物是以卟吩为母体的一种大环高分子化合物，由于 具有较大的平面大环结构和显色能力很强的特点，是一类超高灵敏显色剂。卟吩是由四个 吡咯环通过四个次甲基桥键连接而成的18电子大Ji共轭体系。吓吩环上的四个meso-(5， 10， 15,20)位以及八个|3-(2，3，7，8，12，13，17，18)位均可被其它基团取代而生成一系列 的卟吩衍生物，即卟啉。卟啉环的各个原子基本处于同一平面，形成一个极易受到吡咯环和 次甲基的电子效应影响的拥有11个共轭双键的高度共轭体系。这一结构特征使卟啉既表 现出刚性平面带来的分子识别能力，又表现出共轭体系导致的丰富的电子光谱；同时高度 共轭体系使其化学性质比较稳定、颜色较深。因而卟啉具有刚柔性、电子缓冲性、光电磁、光 敏性和高度的化学稳定性以及光谱响应宽等许多特性。金属卟啉，由于配位键的形成使得 卟啉环的对称性和轴向配位作用增强，结合位点增多，性质较非金属卟啉更为活泼。液态卟 啉与固态卟啉相比，制备简单，且能与氨基酸溶液充分反应，更容易采集数据。单磺酸基苯 基卟啉由于磺酸基团的接入，使得卟啉的活性位点增加，检测效果更加优异。在液态卟啉阵 列中，利用具有不同取代基的卟啉与不同氨基酸溶液反应，通过光谱采集系统——光纤光 谱仪，来采集和分析卟啉与不同氨基酸溶液中氨基酸分子间相互作用后的光谱，建立基于 分子水平的氨基酸检测方法，从而实现液态卟啉阵列对氨基酸分子识别的光学检测。 实现本专利技术目的技术方案是一种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括光源 系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统及电源系统。光源系统主要由可见光 源(即碘钨灯)、透镜、光纤束(即10根入射光纤)组成。反应室主要由两块透光玻璃、反 应槽、比色皿及基板组成。光谱采集系统主要由透射光接收器、光纤、微型光谱仪、丝杠和步 进电机及驱动控制电路组成。光谱采集系统对反应室的反应槽内比色皿中的被测氨基酸的 光谱数据逐个进行检测。信号处理分析比较系统为嵌入式操作系统，主要接收光谱采集系 统逐个采集的反应槽内比色皿中的被测氨基酸的光谱数据，并进行模式识别和处理分析比 较及数据保存、打印及输出，并通过驱动控制电路控制步进电机、进而控制光谱采集系统。电源系统分别向微型光谱仪和信号处理分析比较系统及驱动控制电路提供电源。特征是反应室内在基板的中部分割为io块，在每块基板的中部设置一反应槽，每个反应槽均为长 方形的玻璃盒，其长度为7 105mm、宽度为12 18mm、高度为42 66mm，在10个反应槽 内的10个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液，构建成液态卟啉检测阵列。其液态卟啉 检测溶液为单磺酸基苯基卟啉、锌卟啉、铁卟啉、锰卟啉、镍卟啉、钴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括：光源系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统（１３）及电源系统（１５），其特征在于反应室内在基板（６）的中部分割为１０块，在每块基板（６）的中部设置一反应槽（５），每个反应槽（５）均为长方形的玻璃盒，其长度为７～１０５ｍｍ、宽度为１２～１８ｍｍ、高度为４２～６６ｍｍ，在１０个反应槽（５）内的１０个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液。

【技术特征摘要】
一种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括光源系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统(13)及电源系统(15)，其特征在于反应室内在基板(6)的中部分割为10块，在每块基板(6)的中部设置一反应槽(5)，每个反应槽(5)均为长方形的玻璃盒，其长度为7～105mm、宽度为12～18mm、高度为42～66mm，在10个反应槽(5)内的10个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液。2. —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤如下(1) 测量氨基酸的基本光谱图1) 制备卟啉溶液以口卜啉，即单磺酸基苯基吓啉、锌吓啉、铁吓啉、锰吓啉、镍吓啉、钴吓啉、铜吓啉、铅口卜 啉、钼吓啉、铑卟啉中的10种，为光敏感剂，以有机溶剂，即无水乙醇或氯仿或氯苯或N， N-二甲基甲酰胺为定容剂，按卟啉的质量有机溶剂的体积比为l : 12.5 50的比例，分 别将10种卟啉加入有机溶剂中，搅拌溶解后，就分别制备出10种卟啉质量浓度为0. 02 0. 08g/L的卟啉溶液，分别放置于冰箱中，并在3 4t:下避光保存；2) 制备已知氨基酸溶液第(l)-l)步完成后，分别按照已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸中的i种的质量去离子水的体积比为1 : 17. 9 31. 25的比例，分别在10种已知氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀；3) 制备液态卟啉检测溶液第(1)-2)步完成后，分别按照第(i)-i)步制备出的IO种卟啉溶液体积:第(1)-2) 步制备出的IO种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0.7 1.5的比例，在10种卟啉溶液中 分别加入1种已知氨基酸溶液，搅拌混合均匀，直至在10种卟啉溶液中，分别加入完10种 已知氨基酸溶液为止；4) 测量已知氨基酸的基本光谱图第(1)_3)步完成后，每次将第(1)_3)步中制备出的IOO种中的IO种液态卟啉检测 液，分别放置于本发明装置的反应槽(5)内的IO个比色皿中，然后，打开本发明装置的光源 (1)并接通电源，本发明装置的光谱采集系统对IO个比色皿中的液态卟啉检测溶液中的已 知氨基酸进行检测，测得IO个比色皿中的IO种已知氨基酸的基本光谱图，并通过信号处理 分析比较系统(13)分别将其基本光谱图及数据保存和打印输出，直至测量出第(1)_3)步 制备出的100种液态卟啉检测溶液的已知氨基酸的基本光谱图为止；(2) 检测氨基酸1) 制备被测氨基酸溶液第(1)步完成后，根据检测氨基酸的要求，将被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、 脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸中的1 io种，分别按照被测氨 基酸质量去离子水的体积比为1 : 17.9 31.25的比例，分别在1 10种被测氨基酸 中加入去离子水，搅拌均匀；2) 制备液态卟啉检测溶液第(2)_1)步完成后，根据检测要求，按第(l)-l)步制备出的卟啉溶液体积:第(2)_1) 步制备出的被测氨基酸溶液的体积比为1 : 0. 7 1. 5的比例，分别在第(l)-l)步制备出 的IO种卟啉溶液中加入第(2)-1)步制备出的1 IO种被测氨基酸溶液，搅拌混合均匀；3)测量被测氨基酸的光谱图第(2)-2)步完成后，先根据检测要求，将第(2)-2)步制备出的液态卟啉检测溶液放置 于本发明装置的反应槽(5)内的IO个比色皿中，然后，再打开本发明装置的光源(1)并接 通电源，本发明装置的光谱采集系统对10个比色皿中的液态卟啉检测溶液中的被测氨基 酸进行检测，测得IO个比色皿中IO种被测氨基酸的光谱图，并通过本发明装置的信号处理 分析比较系统(13)，自动将其光谱图及数据保存和打印输出；(3)分析比较及判断第(2)步完成后，本发明装置的信号处理分析比较系统(13)，自动将第(2)-3)步测得 的被测氨基酸的光谱图，与本系统内保存的第(1)_4)步测得的已知氨基酸的基本光谱图 进行分析比较，判断出被测氨基酸的种类，并将结果保存及打印输出，并且人工将第(2)-3) 步打印输出的被测氨基酸的光谱图与第(1)_4)步打印输出的基本光谱图进行分析比较， 也判断出被测氨基酸的种类。3. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方 法步骤中第(l)-l)步中以单磺酸基苯基卟啉为光敏感剂，以无水乙醇有机溶剂为定容剂，按 单磺酸基苯基卟啉的质量无水乙醇有机溶剂的体积比为1 : 13.5，制备出质量浓度为 0. 074g/L的单磺酸基苯基吓啉溶液，3t:下避光保存；第(l)-2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9; 第(i)-3)步中第(i)-i)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶液体积第(i)-2)步制备出的IO种中的l种已知氨基酸溶液的体积比为1 :1.5;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9;第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶液体积第(2)-l)步制备出的io种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 1...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯长军，张玉婵，霍丹群，董家乐，张国平，刘振，罗小刚，法焕宝，黄舜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]