太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白纤维的方法，用于检测发生错误折叠或变性的蛋白质，包括以下步骤：１）测定一系列与待检测蛋白样品相应的正常蛋白的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；２）测定待检测蛋白样品的太赫兹时域光谱；３）根据光谱数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测蛋白样品中是否形成淀粉样蛋白纤维。该方法过程简便，所需样品用量少，检测时间短，是一种对淀粉样蛋白纤维无损的高灵敏度检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属生物医药分子检测
，所涉及技术为利用太赫兹时域光谱技术，对淀粉样蛋白进行快速无损检测的方法。
技术介绍
淀粉样蛋白是一种由于蛋白质错误折叠或变性，而形成的具有13片层结构的异 常纤维。它主要沉积于细胞间隙，造成组织器官结构与功能的改变，从而引起相应临床表现 的异质性疾病。近几十年研究表明，至少存在20种淀粉样蛋白与神经变性疾病、糖尿病等顽疾密切相关，如阿尔茨海默氏病、n型糖尿病、帕金森氏症以及亨廷顿舞蹈症等。此外，由于蛋白质变性而形成的蛋白质聚集体(其中，部分为淀粉样蛋白)，将给蛋白质药物的生 产、贮藏与运输带来极大困难，同时对蛋白质药物的安全使用带来风险，是生物医药领域中 亟待解决的技术问题。因此，实现淀粉样蛋白简便、快速、无损的检测，在相关神经性疾病的 早期/快速诊断及其相关药物筛选、蛋白质药物活性检测及其功能评价等领域，不仅具有 重要的学术价值，而且关系人口健康的重大社会问题。 目前，常用于淀粉样蛋白检测的方法主要有电镜法、圆二色法、ThT荧光法和动态 光散射法。这些检测方法各有其优缺点，例如电镜法和ThT荧光法，虽然比较直观，但样品 的制备过程复杂，检测操作时间长。圆二色法和动态光散射法，能够检测获得蛋白结构信 息，但要求样品必须是液体。并且以上这些检测方法，在检测过程中均会对淀粉样蛋白样品 均形成一定程度的损害，破坏淀粉样蛋白样品的自然状态。 太赫兹(Terahertz, THz)电磁波的频率在0. 1 10THz (波长3 0. 03mm)的范 围内。THz波的能量和黑体辐射很低(lTHz 二4.2meV)，对检测物体不易发生电离，不会引 起生物组织的光离化，是一种安全、无损的检测源。太赫兹波所具有的诸多优越性正在被越 来越多的研究领域所认识和利用。国际上已有一百多个研究组从事有关THz相关领域的研 究工作，例如美国国家基金会、美国航天局，日本，澳大利亚，韩国地区重要大学，研究所和 实验室等。今年来，中国的科学界也越来越重视对太赫兹波的研究与应用工作，并且取得了 不少成绩。但据文献查询，目前国内还未见将太赫兹时域光谱技术应用于淀粉样蛋白检测 的相关报道。
技术实现思路
本专利技术目的提供 一 种利用太赫兹时域光谱(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术对淀粉样蛋白进行快速、无损的检测方法，可克服现有淀粉样 蛋白检测技术的缺点。为此，本专利技术采用如下的技术方案 —种利用太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白纤维的方法，用于检测产生错误折 叠或变性的蛋白质，包括以下步骤 1)测定一系列与待检测蛋白样品相应的正常蛋白的太赫兹时域光谱，建立光谱数 据库；蛋白样品的太赫兹时域光谱； 3)根据光谱数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测蛋白样品中是否形成淀 粉样蛋白纤维。 作为优选实施方式，其特征在于，所述步骤(1)为利用THz脉冲波透过正常蛋白 样品，并测量透射过去的太赫兹脉冲时域波谱信号，计算获得样品吸收谱和折光系数谱，并 以此构建正常蛋白的太赫兹光谱数据库；所述步骤(2)为利用THz脉冲穿透待检测蛋白样 品，并测量透射过去的太赫兹脉冲时域波谱，计算获得样品吸收谱和折光系数谱；所述步骤 3)为将待测蛋白样品与相应正常蛋白样品的吸收谱A值和折光系数谱RI值分别进行对比， A值与RI值如发生变化，则说明已形成淀粉样蛋白纤维；如A值与RI值无变化，则说明待 检测蛋白质仍为活性状态；当A值与RI值变化幅度超过10%，则说明已形成淀粉样蛋白纤 维；测量所用的太赫兹光束尺寸为3. 5mm以内，太赫兹时域频谱系统的光谱频宽为0. 1 4. 5THz，波长范围3mm 67iim。 本专利技术提供的淀粉样蛋白检测技术，用样量少，微克级别；操作简单，将样品自然 均匀平铺在样品池内；快速，3分钟获取1次样品光谱数据；无损，测量后的样品可复用。附图说明 图1为太赫兹时域光谱用于淀粉样蛋白检测装置示意图。 图2为胰岛素在形成淀粉样纤维结构前后的THz光谱，(a)为THz吸收谱，(b)为 THz折光系数谱。具体实施例方式本专利技术方法实验装置如图1所示。THz-TDS系统采用掺钛蓝宝石(Ti :s即phire) 自锁模飞秒激光器(美国LM Labs)，工作中心波长800nm，脉冲宽度25fs，重复率为88MHz, 脉冲间隔11. 4ns。采用美国相干公司的高功率绿光激光器Verdi-V6为掺钛蓝宝石飞秒激 光器的泵浦源。采用宽带光导开关作为太赫兹波的发射器与接收器。有4个椭圆反射镜组 成8-F共焦几何光路系统。束腰光斑直径3. 5mm。光谱频宽为4. 5THz (3mm 67 y m)，信噪 比大于30000 : 1。采用由步进马达驱动的精确微位移平台的光学延迟线，控制不同时间达 到的探测光脉冲(飞秒脉冲)，来实现THz脉冲的探测。通过傅里叶变换，计算获取探测样 品的吸收谱与折射率谱。 THz-TDS技术能够实现病变组织或蛋白质药物中淀粉样蛋白纤维的快速、无损检 测，测量时将样品自然平铺在样品池中，以正常蛋白或组织为对照，通过测定THz吸收谱和 折光系数谱进行鉴定，主要包括以下步骤 1)测定正常蛋白的太赫兹时域光谱(可转化为吸收谱和折光系数谱)，建立光谱 数据库； 2)测定待检测蛋白样品的太赫兹时域光谱(可算转化为吸收谱和折光系数谱)； 3)根据数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测样品中淀粉样蛋白的形成情 况。 所述的太赫兹光束尺寸压縮到3. 5mm，以便测量较小尺寸样品；太赫兹时域频谱 系统的光谱频宽为O. 1 4. 5THz(3mm 67iim);信噪比大于30000 : 1 ;测试条件为室温。4 准确称取20mg活性牛胰岛素，用20% (w/w)乙酸溶液定容至10mL，摇匀后倒入 15mL光散射小瓶中。将配制的2mg/mL牛胰岛素溶液置于恒温水浴摇床中，在6(TC下反应 96小时获得胰岛素淀粉样纤维。 将活性牛胰岛素粉末自然平铺在由平行石英片组成的样品池中，石英片间距和厚 度均为0. 64mm。取相同的样品池作为空白，测定得到扣除空白的活性牛胰岛素THz吸收和 折光系数谱图。并在其它测定条件一致情况下，测定胰岛素淀粉样纤维的THz谱图。由图 2(a) (b)可知，胰岛素淀粉样纤维的THz吸收和折光系数均较未纤维化的活性胰岛素显著 增加。前者折光系数在低频区稳定在1. 44，高频区略有下降；而后者折光系数稳定在1. 20。 结果表明，蛋白质纤维化，将引起其超分子结构改变，相应氢键等分子间弱作用力增强，导 致低频振动模式转变，从而得到吸收和折光系数增大的谱图。 采用THz-TDS技术鉴定蛋白质纤维化程度分析方法为根据THz吸收(A值)和折 光系数(RI值)变化幅度，利用偏最小二乘回归方法分析淀粉样蛋白纤维体的含量。当A 值与RI值变化幅度超过10%，形成淀粉样蛋白纤维体；A值与RI值无变化，蛋白质仍处于 活性状态。此外，还可以通过具体分析谱图的信息，获得纤维化过程中蛋白质结构变化，揭 示形成机理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白纤维的方法，用于检测产生错误折叠或变性的蛋白质，包括以下步骤：　　　　１）测定一系列与待检测蛋白样品相应的正常蛋白的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；　　　　２）测定待检测蛋白样品的太赫兹时域光谱；３）根据光谱数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测蛋白样品中是否形成淀粉样蛋白纤维。

【技术特征摘要】
一种利用太赫兹时域光谱快速检测淀粉样蛋白纤维的方法，用于检测产生错误折叠或变性的蛋白质，包括以下步骤1)测定一系列与待检测蛋白样品相应的正常蛋白的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；2)测定待检测蛋白样品的太赫兹时域光谱；3)根据光谱数据库，对比正常蛋白的光谱数据，分析待测蛋白样品中是否形成淀粉样蛋白纤维。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)为利用THz脉冲波透过正常蛋 白样品，并测量透射过去的太赫兹脉冲时域波谱信号，计算获得样品吸收谱和折光系数谱， 并以此构建正常蛋白的太赫兹光谱数据库。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)为利用THz脉冲穿透待检测蛋 白样品，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明霞，苏荣欣，刘锐，李萌，齐崴，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]