本文選題：太赫茲時(shí)域光譜　切入點(diǎn)：抗原-抗體相互作用　出處：《深圳大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：太赫茲波是指頻率輻射范圍在0.1-10 THz的電磁輻射,在電磁波譜上位于微波和紅外線之間。由于太赫茲光譜包含了大量與分子振動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的光譜信息,太赫茲技術(shù)在其發(fā)展之初就得到廣泛的重視。目前已在國防安全、通信和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了有效的應(yīng)用。近年來,隨著科研人員對(duì)蛋白質(zhì)分子骨架振動(dòng)和構(gòu)型彎曲等集體振動(dòng)模式的證實(shí),這些對(duì)生物分子結(jié)構(gòu)和功能起關(guān)鍵作用的動(dòng)態(tài)能級(jí),正是分布在太赫茲波段,這使得太赫茲光譜可實(shí)際應(yīng)用于研究生物大分子的結(jié)構(gòu)、分子與分子、分子與環(huán)境之間的相互作用等,進(jìn)而對(duì)太赫茲技術(shù)在分子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用提出了更高的要求。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一,利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究了血凝素HA蛋白溶液及其與特異、非特異抗體反應(yīng)的太赫茲光譜特性。通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)不同濃度的HA蛋白溶液及其與特異、非特異抗體反應(yīng)的多個(gè)太赫茲光學(xué)參數(shù)進(jìn)行主成分分析,確定最優(yōu)分析參數(shù)及最佳光譜預(yù)處理方法。結(jié)果證明,結(jié)合預(yù)處理和主成分分析的處理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲光電學(xué)參數(shù)的各個(gè)曲線進(jìn)行了定性與定量分析。第二,基于最優(yōu)化參數(shù),利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究了血凝素HA蛋白分子在不同濃度下的分子水合層動(dòng)態(tài)特征,并檢測HA蛋白抗原與廣譜中和單克隆抗體F10的結(jié)合狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,通過太赫茲光譜來檢測H9蛋白與F10反應(yīng)溶液的介電損耗角正切值可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)方法(ELISA檢測)的高靈敏度檢測。最后,基于石墨烯能隙調(diào)控機(jī)理,提出了基于石墨烯微米帶的高靈敏太赫茲生物傳感器設(shè)計(jì),在太赫茲時(shí)域光譜的有效頻率檢測范圍內(nèi),利用COMSOL對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果顯示,石墨烯傳感器對(duì)太赫茲波的透射率會(huì)隨著蛋白質(zhì)折射率發(fā)生規(guī)律性變化,這種規(guī)律為我們的探測器提供了有力的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Terahertz wave is electromagnetic radiation with a frequency range of 0.1-10 THz, located between microwave and infrared on the spectrum of electromagnetic waves. Because the terahertz spectrum contains a lot of spectral information related to molecular vibration and rotation, Terahertz technology has received extensive attention since its early development. It has been effectively applied in the fields of national defense security, communications and agriculture. With researchers' confirmation of collective vibrational modes such as skeleton vibration and structural bending of protein molecules, these dynamic energy levels, which play a key role in the structure and function of biological molecules, are distributed in the terahertz band. This allows the terahertz spectrum to be applied to the study of the structure of biological macromolecules, the interaction between molecules and the environment, and the application of terahertz technology in molecular biology. The applications of structural chemistry and clinical medicine have put forward higher requirements. The main contents of this paper include the following aspects: first, the solution and specificity of hemagglutinin HA protein were studied by terahertz time-domain spectroscopy (THz). The characteristics of terahertz spectrum of nonspecific antibody reaction. The principal component analysis of different concentrations of HA protein solution and its optical parameters of specific and nonspecific antibody reaction was carried out by chemometrics. The optimal analytical parameters and the optimal spectral pretreatment method are determined. The results show that the qualitative and quantitative analysis of the various curves of terahertz optoelectronic parameters can be realized by combining the pretreatment with principal component analysis. Based on the optimal parameters, the dynamic characteristics of the molecular hydration layer of hemagglutinin HA protein at different concentrations were studied by terahertz time-domain spectroscopy. The binding status of HA protein antigen with broad-spectrum neutralizing monoclonal antibody F10 was determined. The dielectric loss angle tangent of H9 protein and F10 reaction solution can be detected by terahertz spectroscopy, which is superior to that of traditional Elisa. Finally, based on the mechanism of graphene gap regulation, A highly sensitive terahertz biosensor based on graphene micron band is proposed. In the range of effective frequency detection of terahertz time-domain spectrum, the structure is simulated and analyzed by COMSOL. The simulation results show that, The transmittance of graphene sensor to terahertz wave changes regularly with the refractive index of protein, which provides a theoretical basis for our detector.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O629.73;O657.3

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本文編號(hào)：1653254