[实用新型]固体蛋白质热稳定性太赫兹谱检测仪

说明书

技术领域

本实用新型属于太赫兹波技术领域，具体涉及一种固体蛋白质热稳定性太赫兹谱检测仪。

背景技术

太赫兹（Terahertz or THz）波通常是指频率在0.1～10THz区间的电磁波，其光子的能量约为1～10meV，正好与分子振动及转动能级之间跃迁的能量大致相当。大多数极性分子如水分子、氨分子等对THz辐射有强烈的吸收，许多有机大分子(DNA、蛋白质等)的振动能级和转动能级之间的跃迁也正好在THz波段范围。因此，物质的THz光谱(包括发射、反射和透射光谱)包含有丰富的物理质和化学信息，其吸收和色散特性可以用来做爆炸物、药物等化学及生物样品的探测和识别，在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面具有重要的应用价值。

THz光谱和成像技术对生物分子、水、非极性物体等独特的作用形式，可使得这种新型检测技术在材料检测领域取得突破。相对于近红外和中红外波段，THz辐射的优势在于其波长较长，物体的散射较小，THz辐射能透射大多数非极性物体，而只有极少的介质对近红外和中红外辐射是透明的。同时，利用THz时域光谱技术(THz-TDS)可同时获得样品的折射率、吸收系数和介电常数等全面的光学参数，为定量和全面分析提供更多有用信息。

目前用于蛋白质结构研究的有示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)、NMR、X射线衍射、微波介电谱和各类光谱法。介电谱和光谱法具有快速、无损的特点而更具应用潜力。目前已应用到蛋白质药物检测的光谱法包括紫外吸收谱、可见光吸收谱、圆二色谱(CD)、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱等等。其中大部分技术缺乏提供对蛋白质功能起决定性作用的分子整体构象和分子间作用信息的能力。

人们发现反映DNA、RNA和蛋白质等生物大分子结构和构象的分子集体振动转动能级位于THz波段，虽然我们可以用FTIR、自由电子激光、可调谐p-Ge激光和(Terahertz Time Domain Spectroscopy,THz-TDS)等多种技术得到物质的宽带THz谱，但THz-TDS技术的出现才真正改变了THz谱研究的面貌。THz-TDS系统不仅工作在常温下，系统体积小，并可方便的对样品用激励源进行激发，光路灵活，可随时监测。尤其是可以同时测量得到太赫兹波电场的幅度和相位，

这样可以直接得到样品的样品的吸收系数和折射率，或复介电常数，比单一的吸收谱可提供更多的样品信息。这利于对分子的振动/转动模式进行极化响应建模，利用各种动力学理论在THz波段研究蛋白质热变性问题。THz-TDS除了可对物质的复介电响应表征以外，还可以进行具有时间分辨率的测量，即对分子构象改变而引起的振动/转动模式演化进行实时测量。

在研究胶原蛋白等蛋白质从室温到120℃升温过程THz的介电谱研究发现，可以用单一弛豫时间Debye模型拟合这些介电谱以获得相应的弛豫时间，这些弛豫时间随温度升高逐渐变大，与在加热过程中分子内部构象的解折叠变性过程对应，并可以用Arrhenius方程拟合，得到活化能，获得了评价蛋白质加热变性难易程度的定量指标。并可以在此基础上预测蛋白质药物在不同温度下稳定储存时间。表明THz-TDS技术是研究蛋白质药物热稳定性的有力工具。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有检测固体蛋白质热稳定性方法的不足，提供一种固体蛋白质热稳定性太赫兹谱检测仪。