[发明专利]利用波形重建技术测量水溶性蛋白类药物太赫兹介电谱的方法

摘要

本发明公开了一种利用波形重建技术测量水溶性蛋白类药物太赫兹介电谱的方法。利用透射式太赫兹时域谱装置，测量没有放置样品时氮气的太赫兹时域谱作为参考信号，再测量放置充满蛋白类药物水溶液样品的样品池的太赫兹时域谱信号作为样品信号，然后用参考信号和样品池三层传输模型来重建样品信号，最后使用Nelder-Mead寻优法使重建样品信号去接近测量样品信号，将得的样品光学参数转化为包含实部和虚部的太赫兹复介电谱。本发明可以充分利用电磁传播理论建立的太赫兹穿过样品传播的多层精确传输模型，并避免了一般频域寻优算法代价函数需要把复数转换为实数的困难，有效提高了蛋白类药物水溶液样品THz介电谱的测量精度。

主权项

1.一种利用波形重建技术测量水溶性蛋白类药物太赫兹介电谱的方法，其特征在于包括如下步骤：1）在太赫兹时域谱透射测量装置上，测量没有放置样品时氮气太赫兹时域谱作为参考信号e_ref(t)，t为时间，再测量放置充满蛋白类药物水溶液样品的样品池的太赫兹时域谱作为样品信号e_measure(t)；2）参考信号的傅立叶变换为Eref(ω)=∫-∞∞eref(t)e-jωtdt]]>其中ω为角频率；3）根据匀质材料实折射率n和消光系数k均为频率函数的电磁理论，用复折射率表示；在一材料复折射率为和另一材料复折射率为的透射和反射系数分别为和太赫兹波在材料a中传播距离L的传播系数为当氮气中太赫兹波正入射充满样品溶液的三层样品池模型时，记光线出射前在三层介质中总的反向传播的次数为r=0,1,2,...,R，记具有相同反向传播次数r的出射光为n=1,2,...,N，得到参考信号和样品信号之间传输函数的理论模型:Htheory(ω)=Σr=0RΣn=1NP0(-Σi=1Nli)Cr,n]]>其中C_r，n是在其中一条向前出射光线在三层模型中的所有透射和反射系数的乘积，当r＝0和r＝1时，C_r，n分别为:C_{r＝0，n＝1}=T₀₁P₁(l₁)T₁₂P₂(l₂)T₂₃P₃(l₃)T₃₀C_{r＝1，1n＝1}=T₀₁P₁(l₁)R₁₂P₁(l₁)R₁₀P₁(l₁)T₁₂P₂(l₂)T₂₃P₃(l₃)T₃₀C_{r＝1，1n＝2}=T₀₁P₁(l₁)T₁₂P₂(l₂)R₂₃P₂(l₂)R₂₁P₂(l₂)T₂₃P₃(l₃)T₃₀.C_{r＝1，1n＝3}=T₀₁P₁(l₁)T₁₂P₂(l₂)T₂₃P₃(l₃)R₃₀P₃(l₃)R₃₂P₃(l₃)T₃₀.其中T₀₁为氮气到样品池前壁的透射系数，T₁₂为样品池前壁到液体样品的透射系数，T₂₃为液体样品到样品池后壁的透射系数，T₃₀为样品池后壁到氮气的透R₁₂为样品池前壁到液体样品的反射系数，R₁₀为样品池前壁到氮气的反射系数，R₂₃为液体样品到样品池后壁的反射系数，R₂₁为液体样品到样品池前壁的反射系数，R₃₀为样品池后壁到氮气的反射系数，R₃₂为样品池后壁到液体样品的反射系数，P₁(l₁)、P₂(l₂)、P₃(l₃)为厚度为l₁样品池前壁、厚度为l₂液体样品和厚度为l₃样品池后壁的传播系数；4）当r＝0时，得到中间液体样品的复折射率的准解析初值，其中通过参考信号和样品测量信号的最大绝对值来求液体样品折射率虚部k₂的初值|Emaxmeasure|=|Emaxref|Πi=13exp(-ωc0kili)]]>=|Emaxref|exp[Σi=13(-ωc0kili)]]]>⇒k2=-1l2c0ωlog|Emaxmeasure||Emaxref|-k1l1l2-k3l3l2]]>其中和分别是参考信号和样品测量信号的最大绝对值，c₀为氮气中的光速，k₁和k₃为样品池前壁和后壁的折射率虚部。同时记和之间的时间延迟为Δt=Σi=13Δti=Σi=13liΔnic0]]>其中Δn_i=n_i-n₀，为各层折射率实部与氮气折射率之间的差，从而得到液体样品折射率实部n₂的初值n2=1l2[c0Δt-l1(n1-n0)-l3(n3-n0)]+n0]]>其中n₀为氮气的折射率，n₁和n₃为样品池前壁和后壁的折射率实部，为确定在时间窗口内太赫兹波在各层介质中反向传播的次数R，当三层中的光学最薄层则R是满足不等式t_max≥Δt+2RΔt_m的最小整数，即其中t_max是信号时间窗口的长度；5）在已知二氧化硅样品池前后壁复折射率精确值和液体样品复折射率准解析初值的情况下，利用参考信号的傅立叶变换E_Ref(ω)和充满样品溶液的三层样品池模型的传输函数H_theory(ω)重建样品信号erebuild(t)=12π∫-∞∞Eref(ω)Htheory(ω)ejωtdω]]>然后定义代价函数J=Σt(erebuild(t)-emeasure(t))2]]>并使用Nelder-Mead寻优法得到蛋白类药物水溶液样品在太赫兹波段的复折射率；6）利用复介电常数和复折射率之间的关系式ϵ2′(ω)=n22(ω)-k22(ω)]]>ε＂₂(ω)=2n₂(ω)k₂(ω)计算得到蛋白类药物水溶液样品在太赫兹波段的介电谱，其中ε′₂(ω)和ε＂₂(ω)分别为介电谱的实部和虚部。