用于蛋白质折叠研究的连续流动超快速混合装置的研制

摘要

在生命体内，信息的流动方向是DNA序列中的遗传信息通过转录和翻译传入蛋白质一级序列的肽链中，之后肽链经过疏水塌缩、空间盘曲等折叠过程形成蛋白质的天然构象，同时获得生物活性。因此，研究蛋白质折叠机制有着深远的意义。目前，用于检测蛋白质折叠的快速混合检测装置足以在毫秒的时间刻度上测量大多数蛋白质的折叠过程，但是很多折叠中间体的形成时间往往处于检测装置的死时间范围之内。本课题结合Biologic的SFM300停流谱仪制作方法以及Roder等人的快速混合器的设计思路，设计并制作一台新型的超快速连续混合装置，以满足生化研究的需要。
　　 本课题中，首先设计了该快速混合装置的进样系统的机械部分及运动控制部分。机械部分包括步进电机、滚珠丝杠、轴承、高压注射器等配件。运动控制部分分为硬件和软件两大块，硬件包括运动控制卡，接线盒以及步进电机驱动器等；软件则采用LabVIEW语言编写程序，完成与下位机的通讯，使得进样系统机械部分能够完成相应的连续动作。LabVIEWq（Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench）是目前应用最广、发展最快、功能最强的图像化软件开发集成环境，是一个虚拟仪器开发平台。
　　 其次，设计了该快速混合装置的混合器部分及光学检测部分。引发化学和生物学过程最重要的方法之一是通过湍流混合使得溶剂组成迅速改变，基于这一原理本文设计了一种T型混合器，该混合器包括混合沟道部分及流动池部分，在混合沟道中发生湍流混合。对于混合均匀后流入流通池中的溶液，搭建了一套光学检测系统，该光学检测系统可以通过单色仪选择不同的激发波长，由透镜将光汇聚到流通池上，流通池中混合溶液的发射光经过成像之后，由CCD采集数据，并用图像处理软件对数据进行分析。
　　 最后，利用荧光光谱分析技术来检测所搭建的超快速连续混合装置的性能。采用罗丹明荧光染料设计实验，通过对不同流速下罗丹明6G与水混合后的荧光强度数据进行分析，验证该装置具有良好的混合性能，能够较好地完成两种溶液之间的反应。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 快速混合装置概述

1.1.1 快速混合装置原理--湍流混合

1.1.2 SF方法与CF方法

1.1.3 快速混合装置性能参数

1.2 快速混合装置在生物学中的应用

1.2.1 蛋白质折叠研究的目的与意义

1.2.2 蛋白质折叠研究方法

1.3 论文的研究目标和内容

第二章 进样控制系统

2.1 进样控制系统的机械装置

2.1.1 机械装置的CAD设计

2.1.2 滚珠丝杠及导轨

2.1.3 微型注射器

2.1.4 机械装置的加工及组装

2.2 进样控制系统的硬件构成

2.2.1 控制系统硬件的总体结构

2.2.2 步进电机的结构及工作原理

2.2.3 步进电机的驱动方式

2.2.4 运动控制卡及连接板

2.3 进样控制系统的软件结构

2.3.1 G语言与虚拟仪器

2.3.2 控制系统应用程序的总体结构

第三章 混合装置

3.1 T型混合器设计

3.1.1 混合沟道部分的设计

3.1.2 流动池部分的设计

3.2 进样流路的设计

第四章 光学检测装置

4.1 光学检测的基本原理

4.2 入射光路的设计

4.2.1 氙灯及其电源

4.2.2 光栅单色仪

4.2.3 光学透镜

4.3 检测光路的设计

4.3.1 成像透镜

4.3.2 CCD检测

第五章 装置性能检测与结果分析

5.1 装置性能的检测方法

5.2 实验及结果讨论

5.2.1 噪声抑制

5.2.2 混合实验

5.2.3 实验结果讨论

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

附录

附录A 进样装置机械部分设计图纸

附录B 混合沟道部分设计图纸

附录C 石英流通池夹持器设计图纸

附录D 夹持器底座设计图

附录E 氙灯电极座设计图纸

附录F C接口设计图

作者简介