[发明专利]一种测量生物分子有效扩散系数的方法

说明书

本发明提出一种测量生物分子有效扩散系数的方法，包括以下步骤；A1、规划需测量扩散系数的生物分子的初始标记区域ROI0；规划扩散过程影像收集区域ROI1；A2、对区域ROI0内的生物分子进行荧光标记或其他光学标记；A3、使ROI0内的生物分子扩散，并确保生物分子的扩散区域小于区域ROI1，对区域ROI1内的生物分子扩散过程进行动态影像收集；A4、校验所收集的动态影像是否有效；A5、对影像数据进行降维，根据影像数据生成生物分子扩散过程的平面坐标数据；A6、根据生成的平面坐标数据，以公式推导出生物分子扩散过程的有效扩散系数；本发明对应用的前提假设少，且应用范围较广。

技术领域

本发明涉及实验测量技术领域，尤其是一种测量生物分子有效扩散系数的方法。

背景技术

生物系统几乎在所有尺度上都利用被动扩散进行物流管理，扩散过程对于各级生物学过程至关重要，比如代谢物流，发育过程中组织模式形成与生长，免疫反应过程中淋巴细胞的募集以及生态领域的植被覆盖模式等。生物分子通常在复杂的体内环境中移动，而不是自由扩散，受到多尺度因素影响，例如曲折度、降解、瞬时结合以及其他动力学过程，因此衡量生物分子在生物体内环境传播速率的重要参数为有效扩散系数(effectivediffusion coefficient)，区别于自由扩散系数(free diffusion coefficient)。

然而，精确测量在体内复杂的生物环境中扩散的生物分子的有效扩散系数是非常具有挑战性的。目前，光漂白后的荧光恢复(FRAP)或镜像FRAP(iFRAP)通常用于测量有效扩散率。然而，FRAP或iFRAP方法由于需要严格的假设而存在着严重的应用缺陷，因为这些假设通常在生物系统中不能满足。首先，当前的FRAP或iFRAP分析严格依赖于整个目标区域的扩散分子的分布，不仅要求其处于稳态，而且要求目标区域是同质的或者扩散分子的分布符合某种特定的函数。因此，FRAP或iFRAP对于大部分高度动态的生物学过程是不切实际的，并且可能引起误导性的结论或解释。其次，FRAP或iFRAP分析方法受到生物分子所涉及的各种反应动力学的强烈影响，例如与受体相互作用，可逆结合、细胞内吞和胞吐作用、降解。忽视这些影响因素可能导致相当不准确的测量结果。第三，在当前的FRAP/iFRAP分析方法中，样本地理几何结构过于简化，因而引发很大的误差。因此，使用传统技术导致了目前很多误导性的科学结论或解释以及应用，亟需新技术的出现。

发明内容

本发明提出一种测量生物分子有效扩散系数的方法，对应用的前提假设少，且应用范围较广。

本发明采用以下技术方案。

一种测量生物分子有效扩散系数的方法，所述测量方法包括以下步骤；

A1、规划需测量扩散系数的生物分子的初始标记区域ROI0，ROI0区域为标记的待测生物分子在初始时间点的分布区域；规划生物分子的扩散过程影像收集区域ROI1，ROI1范围大于待测生物分子扩散过程进行影像收集时间窗口内生物分子扩散后区域；所述ROI1的范围大于ROI0；

A2、对区域ROI0内的生物分子进行荧光标记或其他光学标记；

A3、使ROI0内的生物分子扩散，并确保生物分子的扩散区域小于区域ROI1，对区域ROI1内的生物分子扩散过程进行动态影像收集；

A4、校验所收集的动态影像是否有效，如被标记的生物分子在影像收集过程的扩散区域始终位于动态影像的成像范围内，则判定所收集的动态影像为有效的动态影像；

A5、对影像数据进行降维，根据影像数据生成生物分子扩散过程的平面坐标数据；

A6、根据生成的平面坐标数据，以公式推导出生物分子扩散过程的有效扩散系数。

在步骤A6中的公式推导过程如下；

区域ROI1为动态影像收集的目标区域；