专利名称：液态卟啉阵列光学检测装置及其检测氨基酸的方法
技术领域：
本发明属于氨基酸检测技术领域，具体涉及卟啉光学检测氨基酸的装置及检测方法。
背景技术：
氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质，是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动有着密切的关系。它在抗体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。氨基酸主要有以下功能1、构成人体的基本物质，是生命代谢的物质基�。�2、是食物中的营养素；3、抗衰老；4、在医疗领域的应用。氨基酸在医药上主要用来制备复方氨基酸输液，也用作治疗药物和用于合成多肽药物。由多种氨基酸组成的复方制剂在现代静脉营养输液以及"要素饮食"疗法中占有非常重要的地位，对维持危重病人的营养，抢救患者生命起积极作用，成为现代医疗中不可少的医药品种之一。氨基酸的种类繁多，且各自的作用也不尽相同，如谷氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸等氨基酸单独用于治疗肝病疾病、消化道疾病、脑病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、儿科营养和解毒等。氨基酸衍生物在癌症治疗上出现了希望。因此，通过对氨基酸进行检测，能指导临床的病理生理研究、疾病诊断、对药物进行毒理研究和安全性评价等。氨基酸代谢情况的检测将应用于药物毒理筛选、对药物的研发和安全使用等，在重大疾病的早期诊断、个性化治疗、中医药结合等科学领域中都有着极其广泛和重要的应用前景。所以对氨基酸的检测分析具有很重要的作用。 现有光学检测装置及检测氨基酸的方法，如申请号为89205054. 3的"必需氨基酸测定仪"专利，公开的检测装置主要由光电比色光路系统、光电检测系统、A/D转换电路、专用单片微机系统和电源电路等组成。该装置的主要缺点是①光电检测系统是由光电池，调零、调满度电阻R1、 R2、 R3，转换开关，高精度、低漂移运算放大器所组成，结构比较复杂，因此使检测速度相对较慢；②专用单片微机系统使用的是8031单片机系统，用起来需要外扩程序和数据空间，很麻烦，使得外围器件多，而且8031的功耗也大，性能不高，应用受限，不便于推广。③只能测定天然蛋白质及粗蛋白含量中的必需氨基酸。又如《传感器和驱动器B》(《Sensors and Actuators B》)2003年第91巻第227-230页的"固态光学检测氨基酸(Solid-state optical detection of amino acids)，， 一文，公开的检测氨基酸的方法是将Meso-四(4-磺酸基苯基)卟啉(TPPS)单层固定到纤维素膜(即分子-多孔膜管)上，经孵化过夜及洗净后，作为固态光学传感器。在被测的4种L-氨基酸(精氨酸、甘氨酸、组氨酸和丝氨酸)溶液中，在PH值为7条件下，分别加入磷酸钠缓冲剂，制备出被测的4种氨基酸缓冲溶液。将被测的4种氨基酸缓冲溶液分别放置于固态光学传感器的分子_多孔膜管中进行反应。分别将未与氨基酸缓冲溶液反应的膜和与氨基酸溶液反应的膜置于比色皿中，用Cary4E分光光度计和Grams/32仪器测量膜的光谱并分析反应前后的光谱变化。吸收光谱对应的比色皿中氨基酸浓度的线性关系点用PSI-Plot。该方法的缺点是(l)需对卟啉进行膜固定，且需用到几种试剂对成膜前后进行漂洗净，增加了工序及工时；(2)在进行卟啉膜固定时，需孵化过夜，大大增加了反应检测的准备时间；(3)用了成膜材料及多种 缓冲试剂，增加了生产成本；(4)有清洗液排放，会带来一定的环境污染。再如《光电工程》 2009年1月第36巻第1期的"多点测量式毒气阵列检测系统研究与光谱分析"一文，公开 的阵列式毒气检测系统，用金属卟啉条为敏感物质，对毒气种类的识别和痕量浓度进行检 测，该系统由光学检测模块、毒气流路�？�、测头精密机械传动定检模块、嵌入式硬件�？� 和数据处理分析与控制软件模块组成。该系统的主要缺点是(l)需先把金属卟啉制成气 敏试剂块，然后把这些试剂块固定在玻璃基层上，最后再将有机保护层与玻璃基层进行胶 合制作成气敏阵列条，因此制作阵列的操作过程过于复杂，耗时较长，增加了工序及工时； (2)在把金属卟啉制成气敏阵列条时，此操作过程用到了许多将金属卟啉进行固定化的材 料，大大增加了生产成本；(3)被检测气体只能与金属卟啉气敏阵列条的表面接触，这在一 定程度上限制了被检测气体与金属卟啉的充分反应。
发明内容
本发明的目的是针对现有卟啉检测氨基酸方法的不足之处，提供一种液态卟啉阵 列光学检测装置及其检测氨基酸的方法。本发明具有操作简便，检测易行、快速，成本低，节 约能耗与资源，环境无污染等特点。 本发明的原理是卟啉类化合物是以卟吩为母体的一种大环高分子化合物，由于 具有较大的平面大环结构和显色能力很强的特点，是一类超高灵敏显色剂。卟吩是由四个 吡咯环通过四个次甲基桥键连接而成的18电子大Ji共轭体系。吓吩环上的四个meso-(5， 10， 15,20)位以及八个|3-(2，3，7，8，12，13，17，18)位均可被其它基团取代而生成一系列 的卟吩衍生物，即卟啉。卟啉环的各个原子基本处于同一平面，形成一个极易受到吡咯环和 次甲基的电子效应影响的拥有11个共轭双键的高度共轭体系。这一结构特征使卟啉既表 现出刚性平面带来的分子识别能力，又表现出共轭体系导致的丰富的电子光谱；同时高度 共轭体系使其化学性质比较稳定、颜色较深。因而卟啉具有刚柔性、电子缓冲性、光电磁、光 敏性和高度的化学稳定性以及光谱响应宽等许多特性。金属卟啉，由于配位键的形成使得 卟啉环的对称性和轴向配位作用增强，结合位点增多，性质较非金属卟啉更为活泼。液态卟 啉与固态卟啉相比，制备简单，且能与氨基酸溶液充分反应，更容易采集数据。单磺酸基苯 基卟啉由于磺酸基团的接入，使得卟啉的活性位点增加，检测效果更加优异。在液态卟啉阵 列中，利用具有不同取代基的卟啉与不同氨基酸溶液反应，通过光谱采集系统——光纤光 谱仪，来采集和分析卟啉与不同氨基酸溶液中氨基酸分子间相互作用后的光谱，建立基于 分子水平的氨基酸检测方法，从而实现液态卟啉阵列对氨基酸分子识别的光学检测。
实现本发明目的技术方案是一种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括光源 系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统及电源系统。光源系统主要由可见光 源(即碘钨灯)、透镜、光纤束(即10根入射光纤)组成。反应室主要由两块透光玻璃、反 应槽、比色皿及基板组成。光谱采集系统主要由透射光接收器、光纤、微型光谱仪、丝杠和步 进电机及驱动控制电路组成。光谱采集系统对反应室的反应槽内比色皿中的被测氨基酸的 光谱数据逐个进行检测。信号处理分析比较系统为嵌入式操作系统，主要接收光谱采集系 统逐个采集的反应槽内比色皿中的被测氨基酸的光谱数据，并进行模式识别和处理分析比 较及数据保存、打印及输出，并通过驱动控制电路控制步进电机、进而控制光谱采集系统。电源系统分别向微型光谱仪和信号处理分析比较系统及驱动控制电路提供电源。特征是
反应室内在基板的中部分割为io块，在每块基板的中部设置一反应槽，每个反应槽均为长 方形的玻璃盒，其长度为7 105mm、宽度为12 18mm、高度为42 66mm，在10个反应槽 内的10个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液，构建成液态卟啉检测阵列。其液态卟啉 检测溶液为单磺酸基苯基卟啉、锌卟啉、铁卟啉、锰卟啉、镍卟啉、钴卟啉、铜卟啉、铅卟啉、 铂卟啉、铑卟啉等液态卟啉中的1 IO种与被测氨基酸溶液的混合液，其液态卟啉被测 氨基酸溶液的体积比为l : 0.7 1.5。比色皿中具体放置的液态卟啉检测溶液，根据检测 氨基酸的需要确定。信号处理分析比较系统，能对检测数据进行模式识别及处理分析，还能 对数据保存，并能选择及其自动进行数据间的比对、判断。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，利用本发明装置，经过制备卟啉溶液 和氨基酸溶液及液态卟啉检测溶液，测量液态卟啉检测溶液中氨基酸的光谱图，然后对光 谱图进行比较分析来判断出氨基酸的种类。其具体方法步骤如下
(1)测量氨基酸的基本光谱图
1)制备卟啉溶液 以吓啉(即单磺酸基苯基吓啉、锌吓啉、铁吓啉、锰吓啉、镍吓啉、钴吓啉、铜吓啉、 铅卟啉、钼吓啉、铑卟啉等中的10种)，为光敏感剂，以有机溶剂(即无水乙醇或氯仿或氯苯 或N，N-二甲基甲酰胺等)为定容剂，按卟啉的质量有机溶剂的体积比为1 : 12.5 50
的比例，分别将io种卟啉加入有机溶剂中，搅拌溶解后，就分别制备出IO种卟啉质量浓度
为0. 02 0. 08g/L的卟啉溶液，分别放置于冰箱中，并在3 4t:下避光保存，备用。
2)制备已知氨基酸溶液 第(l)-l)步完成后，分别按照已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝
氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸等)io种中的i种的质量去离子水的体
积比为l : 17.9 31.25的比例，分别在10种已知氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀后，
就分别制备出io种已知氨基酸溶液。 3)制备液态卟啉检测溶液 第(1)-2)步完成后，分别按照第(i)-i)步制备出的io种卟啉溶液体积第 (1)-2)步制备出的IO种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0.7 1.5的比例，在10种卟啉 溶液中分别加入1种已知氨基酸溶液，搅拌混合均匀后，就分别制备出10种液态卟啉检测 溶液，直至在io种卟啉溶液中，分别加入完IO种已知氨基酸溶液为止，就制备出100种液
态卟啉检测溶液。 4)测量已知氨基酸的基本光谱图 第(1)_3)步完成后，每次将第(1)_3)步中制备出的IOO种中的IO种液态卟啉检 测液，分别放置于本发明装置的反应槽内的IO个比色皿中，构建成液态卟啉检测阵列。然 后，打开本发明装置的光源并接通电源，本发明装置的光谱采集系统对10个比色皿中的液 态口卜啉检测溶液中的已知氨基酸进行检测，测得10个比色皿中的10种已知氨基酸的基本
光谱图，并通过信号处理分析比较系统分别将其基本光谱图及数据保存和打印输出，直至
测量出第(1)_3)步制备出的IOO种液态卟啉检测溶液的已知氨基酸的基本光谱图为止。 (2)检测氨基酸 1)制备被测氨基酸溶液
第(1)步完成后，根据检测氨基酸的要求，将被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨 酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸等中的1 10种)，分别按照 被测氨基酸质量去离子水的体积比为1 : 17. 9 31. 25的比例，分别在1 10种被测 氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀后，就制备出1 io种被测氨基酸溶液。
2)制备液态卟啉检测溶液第(2)_1)步完成后，根据检测要求，按第(i)-i)步制备出的卟啉溶液体积第 (2)-1)步制备出的被测氨基酸溶液的体积比为l : 0.7 1.5的比例，分别在第(i)-i)步 制备出的IO种卟啉溶液中加入第(2)-1)步制备出的1 IO种被测氨基酸溶液，搅拌混合 均匀后，就制备出对应的液态卟啉检测溶液。
3)测量被测氨基酸的光谱图 第(2)-2)步完成后，先根据检测要求，将第(2)-2)步制备出的液态卟啉检测溶液 放置于本发明装置的反应槽内的IO个比色皿中，构建成液态卟啉阵列。然后，再打开本发 明装置的光源并接通电源，本发明装置的光谱采集系统对10个比色皿中的液态卟啉检测 溶液中的被测氨基酸进行检测，测得IO个比色皿中IO种被测氨基酸的光谱图。并通过本 发明装置的信号处理分析比较系统，自动将其光谱图及数据保存和打印输出。
(3)分析比较及判断 第(2)步完成后，本发明装置的信号处理分析比较系统，自动将第(2)_3)步测得 的被测氨基酸的光谱图，与本系统内保存的第(1)_4)步测得的已知氨基酸的基本光谱图 进行分析比较后，判断出被测氨基酸的种类(即为何种氨基酸)，并将结果保存及打印输 出。并且人工将第(2)-3)步打印输出的被测氨基酸的光谱图与第(1)_4)步打印输出的基 本光谱图进行分析比较后，也判断出被测氨基酸的种类(即进行人工较核)，从而准确检测 出被测氨基酸。 本发明采用上述技术方案后，本发明主要效果是 (1)本发明方法实现了液态卟啉对氨基酸的检测。采用本发明方法检测氨基酸，具 有极好的重复性和稳定性，准确度高，保证了定量和定性分析结果的稳定可靠。氨基酸检测 限达到10—5mol 10—7mol数量级，检测的灵敏度好、精度高，满足了痕量分析的要求。所以 本发明用液态卟啉检测氨基酸是一种更优异的方法。 (2)本发明方法检测氨基酸过程简单、用时较短。氨基酸的检测分析过程在30min 之内完成，极大地提高了工作效率。 (3)用液态卟啉检测氨基酸，且用量少，溶液体系只需要水和有机溶剂作溶剂，不 需要缓冲溶液等特殊试剂，使得检测成本非常低，又无环境污染。
(4)采用本发明方法检测氨基酸，在制备过程中方法简单、无环境污染、节约资源、
成本较低。本发明方法简单，不需加入成膜材料，减少了许多工艺步骤。在检测过程中，不
需要复杂的仪器设备，采用光纤光谱仪即可进行检测，无毒性，操作简便，制得的卟啉液态
阵列稳定性好，可用于一种氨基酸多个平行样或不同种氨基酸的同时连续检测。
(5)便于推广应用。由于本发明方法简单、操作简便，只对现有阵列光学检测装置
稍加改进就能进行检测，且所得检测光谱重复性好、稳定性高、检测时间短、精度高。因而便
于推广应用，甚至具有产业化生产的可行性。 采用本发明方法，可广泛应用于生物、医学、催化及材料、生物制药、食品发酵和酿造工业等领域中，具有良好的应用前景和实用价值。
图1为本发明装置的光纤光谱仪结构示意图； 图中1光源，2透镜，3光纤束，4、7透光玻璃，5反应槽，6基板，8透射光接收器， 9光纤，10丝杠，11步进电机，12微型光谱仪，13信号处理分析比较系统，14驱动控制电路， 15电源系统。 图2为实施实例1中单磺酸基苯基吓啉(TPPS》检测10种未知氨基酸的波长_吸 光度的光谱图； 图3为图2中波峰部分的放大图。 图2、3中的曲线从上到下分别依次为TPPS工检测甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨 酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸的最大吸光度处的特征光谱图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
实施例1 —种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括光源系统、反应室、光谱采集系统、信 号处理分析比较系统13及电源系统15。光源系统主要由可见光源1 (即碘鸨灯)、透镜2、 光纤束3(即IO根入射光纤)组成。反应室主要由两块透光玻璃4、7、反应槽5、比色皿及 基板6组成。光谱采集系统主要由透射光接收器8、光纤9、微型光谱仪12、丝杠10和步进 电机11及驱动控制电路14组成。信号处理分析比较系统13为嵌入式操作系统，主要接收 光谱采集系统逐个采集的反应槽5内比色皿中的被测氨基酸的光谱数据，并进行模式识别 和处理分析比较及数据保存、打印及输出，并通过驱动控制电路14控制步进电机11、进而 控制光谱采集系统。电源系统15分别向微型光谱仪12和信号处理分析比较系统13及驱 动控制电路14提供电源。特征是反应室内在基板6的中部分割为10块，在每块基板6的 中部设置一反应槽5，每个反应槽5均为长方形的玻璃盒，其长度为7mm、宽度为12mm、高度 为42mm，在10个反应槽5内的10个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液，构建成液态卟 啉检测阵列。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤如下
(1)测量氨基酸的基本光谱图
1)制备卟啉溶液 以单磺酸基苯基卟啉为光敏感剂，以无水乙醇有机溶剂为定容剂，按单磺酸基苯 基卟啉的质量无水乙醇有机溶剂的体积比为l : 13.5的比例，将单磺酸基苯基卟啉加入 无水乙醇有机溶剂中，搅拌溶解后，就制备出质量浓度为0. 074g/L的单磺酸基苯基卟啉溶 液，放置于冰箱中，在3t:下避光保存，备用。
2)制备已知氨基酸溶液 第(l)-l)步完成后，按照已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨
酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比
为l : 17.9的比例，分别在10种已知氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀后，就分别制备出IO种已知氨基酸溶液。 3)制备液态卟啉检测溶液 第(l)-2)步完成后，分别按照第(l)-l)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶液体 积第(l)-2)步制备出的IO种中的l种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 1.5的比例，在 第(1)_2)步制备出的IO种已知氨基酸溶液中分别加入第(l)-l)步制备出的单磺酸基苯 基卟啉溶液，搅拌混合均匀后，就分别制备出10种单磺酸基苯基卟啉检测溶液。
4)测量已知氨基酸的基本光谱图 第(l)-3)步完成后，将第(1)_3)步中制备出的IO种单磺酸基苯基卟啉检测溶 液，分别放置于本发明装置的反应槽5内的IO个比色皿中，构建成液态卟啉检测阵列。然 后，打开本发明装置的光源1并接通电源，本发明装置的光谱采集系统对10个比色皿中的 单磺酸基苯基吓啉检测溶液中的已知氨基酸进行检测。测得IO个比色皿中的IO种已知氨 基酸的基本光谱图，并通过信号处理分析比较系统13分别将其光谱图及数据保存和打印 输出。 (2)检测氨基酸 1)制备被测氨基酸溶液 第(1)步完成后，根据检测氨基酸的要求，按照被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬 氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)10种中的1种的质量 去离子水的体积比为l : 17.9的比例，分别在10种被测氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀
后，就制备出io种被测氨基酸溶液。 2)制备液态卟啉检测溶液 第(2)_1)步完成后，根据检测要求，按第(l)-l)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶
液体积第(2)-i)步制备出的io种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 1.5的比例，
分别在第(2)-1)步制备出的IO种被测氨基酸溶液中加入第(l)-l)步制备出的单磺酸基 苯基卟啉溶液，搅拌混合均匀后，就制备出10种被测单磺酸基苯基卟啉检测溶液。
3)测量被测氨基酸的光谱图 第(2)_1)步完成后，先根据检测要求，将第(2)-2)步制备出的10种被测单磺酸 基苯基卟啉检测溶液放置于本发明装置的反应槽5内的IO个比色皿中，构建成液态单磺酸 基苯基卟啉阵列。然后，再打开本发明装置的光源l及接通电源，本发明装置的光谱采集系 统对IO个比色皿中的被测单磺酸基苯基卟啉检测溶液中的被测氨基酸进行检测，测得10 个比色皿中IO种被测氨基酸的光谱图。并通过本发明装置的信号处理分析比较系统13，自 动将其光谱图及数据保存和打印输出。
(3)分析比较及判断 第(2)步完成后，本发明装置的信号处理分析比较系统13，自动将第(2)_3)步测 得的被测氨基酸的光谱图，与本系统内保存的第(1)_4)步测得的IO种已知氨基酸的基本 光谱图进行分析比较后，判断出被测氨基酸的种类(即为何种氨基酸)，并将结果保存及打 印输出。并且人工将第(2)-3)步打印输出的被测氨基酸的光谱图与第(1)_4)步打印输出 的基本光谱图进行分析比较后，也判断出被测氨基酸的种类(即进行人工较核)，从而准确 检测出被测氨基酸。
实施例2
—种液态卟啉阵列光学检测装置，同实施例l，其中每个反应槽5的长度为 52. 4mm、宽度为15mm、高度为45. 5mm。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤，同实施例l，其中
第(l)-l)步中以锌卟啉为光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按锌卟啉的质
量氯仿有机溶剂的体积比为i : 12.5，制备出质量浓度为o.08g/L的锌卟啉溶液，在4t:
下避光保存，备用。 第(1)-2)步中已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪
氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为
1 : 31.25，制备出IO种已知氨基酸溶液。
第(1)_3)步中第(I)-"步制备出的锌卟啉溶液体积:第(1)_2)步制备出的IO
种中的i种已知氨基酸溶液的体积比为i : 0.7。 第(2)-1)步中被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪
氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为
1 : 31.25，制备出IO种被测氨基酸溶液。 第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的锌卟啉溶液体积:第(2)_1)步制备出的IO
种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 0.7。 实施例3 —种液态卟啉阵列光学检测装置，同实施例l，其中每个反应槽5的长度为 105mm、宽度为18mm、高度为66mm。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤，同实施例l，其中
第(l)-l)步中以钴卟啉为光敏感齐U，以氯苯有机溶剂为定容齐IJ，按钴卟啉的质 量氯苯有机溶剂的体积比为1 : 40，制备出质量浓度为0. 025g/L的钴卟啉溶液，在3°C 下避光保存，备用。 第(1)-2)步中已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、
谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 24.6， 制备出io种已知氨基酸溶液。 第(1)_3)步中第(l)-l)步制备出的钴卟啉溶液体积:第(1)_2)步制备出的IO
种中的i种已知氨基酸溶液的体积比为i : 1.5。
第(2)_1)步中被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、
谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 24.6，
制备出10种被测氨基酸溶液。 第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的钴卟啉溶液体积:第(2)_1)步制备出的10
种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 1.5。 实施例4 —种液态卟啉阵列光学检测装置，同实施例l，其中每个反应槽5的长度为 52. 4mm、宽度为12. 4mm、高度为45mm。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤，同实施例l，其中
第(l)-l)步中以铁卟啉为光敏感剂，以N，N-二甲基甲酰胺有机溶剂为定容剂， 按铁卟啉的质量N， N-二甲基甲酰胺有机溶剂的体积比为1 : 50，制备出质量浓度为0. 02g/L的铁卟啉溶液，在4t:下避光保存，备用。 第(l)-2)步中已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、
谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9， 制备出io种已知氨基酸溶液。 第(i)-3)步中第(i)-i)步制备出的铁卟啉溶液体积:第(i)-2)步制备出的io 种中的i种已知氨基酸溶液的体积比为i : o.7。
第(2)_1)步中被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、
谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸)io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9，
制备出10种被测氨基酸溶液。 第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的铁卟啉溶液体积:第(2)-l)步制备出的10
种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : o.7。 实施例5 —种液态卟啉阵列光学检测装置，同实施例l，其中每个反应槽5的长度为 18. 5mm、宽度为23mm、高度为100mm。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤，同实施例l，其中
第(l)-l)步中以10种卟啉(即单磺酸基苯基吓啉、锌吓啉、铁吓啉、锰吓啉、镍 卟啉、钴卟啉、铜卟啉、铅卟啉、钼吓啉、铑卟啉)，为光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按
io种卟啉中的i种卟啉的质量氯仿有机溶剂的体积比为i : 12.5，制备出io种卟啉质 量浓度为0. 08g/L的卟啉溶液，在4t:下避光保存，备用。 第(1)-2)步中已知甘氨酸的质量去离子水的体积比为1 : 17.9，制备出已知
甘氨酸溶液。
第(1)-3)步中第(l)-l)步制备出的10种卟啉中的1种卟啉溶液体积第
(1) -2)步制备出的已知甘氨酸溶液的体积比为1 : 0.7。 第(2)-1)步中被测甘氨酸的质量去离子水的体积比为1 : 17. 9，制备出被测
甘氨酸溶液。 第(2)_2)步中第(i)-i)步制备出的10种卟啉中的1种卟啉溶液体积第
(2) -1)步制备出的被测甘氨酸溶液的体积比为1 : 0.7。
实施例6 —种液态卟啉阵列光学检测装置，同实施例l，其中是每个反应槽5的长度为 9mm、宽度为17. 5mm、高度为65mm。 —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法的具体实施步骤，同实施例l，其中
第(l)-l)步中以5种吓啉(即单磺酸基苯基吓啉、锌吓啉、铁吓啉、锰吓啉、钴口卜
啉)，为光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按5种卟啉中的i种卟啉的质量氯仿有机溶
剂的体积比为1 : 12. 5，制备出5种卟啉质量浓度为0. 08g/L的卟啉溶液，在4t:下避光保
存，备用。 第(1)-2)步中已知氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸)5种
中的i种的质量去离子水的体积比为i : 12.5，制备出5种已知氨基酸溶液。 第(1)-3)步中第(l)-l)步制备出的5种卟啉中的l种卟啉溶液体积第 (1)-2)步制备出的5种中的l种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0.7。
第(2)_1)步中被测氨基酸(即甘氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸)5种
中的l种的质量去离子水的体积比为l : 12.5，制备出5种被测氨基酸溶液。 第(2)_2)步中第(l)-l)步制备出的5种卟啉中的l种卟啉溶液体积第
(2)_1)步制备出的5种中的1种被测氨基酸溶液的体积比为1 : 0. 7。 实验结果 将实施例1的对10种氨基酸(甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、
谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸等)进行检测，得出检测光谱图，其中单磺酸基苯基卟啉
(TPPS》对10种氨基酸的检测光谱图如图2所示，TPPS1对10种氨基酸的检测响应结果在 415nm附近的特征峰放大光谱图如图3所示。
实验结果分析 从图2及图3看出TPPS工对10种氨基酸检测的紫外_可见光光谱具有显著区别， 根据415nm附近的特征峰强度可以将10种氨基酸进行区分。 其它九个反应槽内的比色皿中的检测溶液同样可以对10种氨基酸进行较好的区
别，将io种检测溶液对同一种氨基酸的检测光谱图作为一组数据，这组数据就具有唯一
性，从而可以作为这种氨基酸的检测光谱图。 综上所述，本发明的装置及方法能实现对氨基酸的检测，且检测的重复性和稳定 性好、准确度高，检测的灵敏度好、精度高，而且本发明具有操作简便，检测易行、快速，成本 低，节约能耗与资源，环境无污染等特点，在细胞特别是单细胞诊断、病理、药理、基因药物 筛选、医疗器械等方面具有广泛的应用前景。
权利要求
一种液态卟啉阵列光学检测装置，主要包括光源系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统(13)及电源系统(15)，其特征在于反应室内在基板(6)的中部分割为10块，在每块基板(6)的中部设置一反应槽(5)，每个反应槽(5)均为长方形的玻璃盒，其长度为7～105mm、宽度为12～18mm、高度为42～66mm，在10个反应槽(5)内的10个比色皿中，分别放置液态卟啉检测溶液。
2. —种液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤如下(1) 测量氨基酸的基本光谱图1) 制备卟啉溶液以口卜啉，即单磺酸基苯基吓啉、锌吓啉、铁吓啉、锰吓啉、镍吓啉、钴吓啉、铜吓啉、铅口卜 啉、钼吓啉、铑卟啉中的10种，为光敏感剂，以有机溶剂，即无水乙醇或氯仿或氯苯或N， N-二甲基甲酰胺为定容剂，按卟啉的质量有机溶剂的体积比为l : 12.5 50的比例，分 别将10种卟啉加入有机溶剂中，搅拌溶解后，就分别制备出10种卟啉质量浓度为0. 02 0. 08g/L的卟啉溶液，分别放置于冰箱中，并在3 4t:下避光保存；2) 制备已知氨基酸溶液第(l)-l)步完成后，分别按照已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸中的i种的质量去离子水的体积比为1 : 17. 9 31. 25的比例，分别在10种已知氨基酸中加入去离子水，搅拌均匀；3) 制备液态卟啉检测溶液第(1)-2)步完成后，分别按照第(i)-i)步制备出的IO种卟啉溶液体积:第(1)-2) 步制备出的IO种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0.7 1.5的比例，在10种卟啉溶液中 分别加入1种已知氨基酸溶液，搅拌混合均匀，直至在10种卟啉溶液中，分别加入完10种 已知氨基酸溶液为止；4) 测量已知氨基酸的基本光谱图第(1)_3)步完成后，每次将第(1)_3)步中制备出的IOO种中的IO种液态卟啉检测 液，分别放置于本发明装置的反应槽(5)内的IO个比色皿中，然后，打开本发明装置的光源 (1)并接通电源，本发明装置的光谱采集系统对IO个比色皿中的液态卟啉检测溶液中的已 知氨基酸进行检测，测得IO个比色皿中的IO种已知氨基酸的基本光谱图，并通过信号处理 分析比较系统(13)分别将其基本光谱图及数据保存和打印输出，直至测量出第(1)_3)步 制备出的100种液态卟啉检测溶液的已知氨基酸的基本光谱图为止；(2) 检测氨基酸1) 制备被测氨基酸溶液第(1)步完成后，根据检测氨基酸的要求，将被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、 脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸中的1 io种，分别按照被测氨 基酸质量去离子水的体积比为1 : 17.9 31.25的比例，分别在1 10种被测氨基酸 中加入去离子水，搅拌均匀；2) 制备液态卟啉检测溶液第(2)_1)步完成后，根据检测要求，按第(l)-l)步制备出的卟啉溶液体积:第(2)_1) 步制备出的被测氨基酸溶液的体积比为1 : 0. 7 1. 5的比例，分别在第(l)-l)步制备出 的IO种卟啉溶液中加入第(2)-1)步制备出的1 IO种被测氨基酸溶液，搅拌混合均匀；3)测量被测氨基酸的光谱图第(2)-2)步完成后，先根据检测要求，将第(2)-2)步制备出的液态卟啉检测溶液放置 于本发明装置的反应槽(5)内的IO个比色皿中，然后，再打开本发明装置的光源(1)并接 通电源，本发明装置的光谱采集系统对10个比色皿中的液态卟啉检测溶液中的被测氨基 酸进行检测，测得IO个比色皿中IO种被测氨基酸的光谱图，并通过本发明装置的信号处理 分析比较系统(13)，自动将其光谱图及数据保存和打印输出；(3)分析比较及判断第(2)步完成后，本发明装置的信号处理分析比较系统(13)，自动将第(2)-3)步测得 的被测氨基酸的光谱图，与本系统内保存的第(1)_4)步测得的已知氨基酸的基本光谱图 进行分析比较，判断出被测氨基酸的种类，并将结果保存及打印输出，并且人工将第(2)-3) 步打印输出的被测氨基酸的光谱图与第(1)_4)步打印输出的基本光谱图进行分析比较， 也判断出被测氨基酸的种类。
3. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方 法步骤中第(l)-l)步中以单磺酸基苯基卟啉为光敏感剂，以无水乙醇有机溶剂为定容剂，按 单磺酸基苯基卟啉的质量无水乙醇有机溶剂的体积比为1 : 13.5，制备出质量浓度为 0. 074g/L的单磺酸基苯基吓啉溶液，3t:下避光保存；第(l)-2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9; 第(i)-3)步中第(i)-i)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶液体积第(i)-2)步制备出的IO种中的l种已知氨基酸溶液的体积比为1 :1.5;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9;第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的单磺酸基苯基卟啉溶液体积第(2)-l)步制备出的io种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 1.5。
4. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤中第(i)-i)步中以锌卟啉为光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按锌卟啉的质量 氯仿有机溶剂的体积比为l : 12.5，制备出质量浓度为0.08g/L的锌卟啉溶液，4t:下避光 保存；第(l)-2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 31.25; 第(i)-3)步中第(i)-i)步制备出的锌卟啉溶液体积:第(i)-2)步制备出的10种中的1种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0. 7 ;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 31.25;第(2)-2)步中第(i)-i)步制备出的锌卟啉溶液体积:第(2)-l)步制备出的10种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : o.7。
5. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤中第(i)-i)步中以钴卟啉为光敏感剂，以氯苯有机溶剂为定容剂，按钴卟啉的质量 氯苯有机溶剂的体积比为l : 40，制备出质量浓度为0.025g/L的钴卟啉溶液，3t:下避光保 存；第(l)-2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 24.6; 第(i)-3)步中第(i)-i)步制备出的钴卟啉溶液体积:第(i)-2)步制备出的10种中的1种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 1. 5 ;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 24.6;第(2)-2)步中第(i)-i)步制备出的钴卟啉溶液体积:第(2)-1)步制备出的10种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 1.5。
6. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤中第(l)-l)步中以铁卟啉为光敏感剂，以N，N-二甲基甲酰胺有机溶剂为定容剂，按铁卟啉的质量N， N-二甲基甲酰胺有机溶剂的体积比为1 : 50，制备出质量浓度为0.02g/L的铁卟啉溶液，4t:下避光保存；第(1)_2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 17.9;第 (1)-3)步中第(i)-i)步制备出的铁卟啉溶液体积:第(D-2)步制备出的10种中的1种已知氨基酸溶液的体积比为1 : 0. 7 ;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸io种中的i种的质量去离子水的体积比为i : 31.25;第(2)-2)步中第(i)-i)步制备出的铁卟啉溶液体积:第(2)-1)步制备出的10种中的i种被测氨基酸溶液的体积比为i : 0.7。
7. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤中第(l)-l)步中以10种卟啉，即单磺酸基苯基卟啉、锌卟啉、铁卟啉、锰卟啉、镍卟啉、钴卟啉、铜卟啉、铅卟啉、钼吓啉、铑卟啉为光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按10种卟啉中的i种卟啉的质量氯仿有机溶剂的体积比为i : 12.5，制备出io种卟啉质量浓度为 0. 08g/L的卟啉溶液，4t:下避光保存；第(1)_2)步中已知甘氨酸的质量去离子水的体积比为1 : 17.9 ;第(D-3)步中第(i)-i)步制备出的io种卟啉中的l种卟啉溶液体积:第(1)_2)步制备出的已知甘氨酸溶液的体积比为1 :0.7;第(2)_1)步中被测甘氨酸的质量去离子水的体积比为1 : 17.9 ;第(2)-2)步中第(i)-i)步制备出的io种卟啉中的l种卟啉溶液体积:第(2)-1) 步制备出的被测甘氨酸溶液的体积比为i : 0.7。
8. 按照权利要求2所述的液态卟啉阵列光学检测氨基酸的方法，其特征在于具体的方法步骤中第(l)-l)步中以5种卟啉，即单磺酸基苯基卟啉、锌卟啉、铁卟啉、锰卟啉、钴卟啉为 光敏感剂，以氯仿有机溶剂为定容剂，按5种卟啉中的l种卟啉的质量氯仿有机溶剂的体积比为1 : 12. 5，制备出5种卟啉质量浓度为0. 08g/L的卟啉溶液，4t:下避光保存；第(1)-2)步中已知氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸5种中的1种的质量去离子水的体积比为i : 12.5;第(1)-3)步中第(l)-l)步制备出的5种卟啉中的1种卟啉溶液体积:第(1)-2)步制备出的5种已知氨基酸溶液的体积比为1 :0.7;第(2)_1)步中被测氨基酸，即甘氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、组氨酸5种中的1种的质量去离子水的体积比为i : 12.5;第(2)-2)步中第(l)-l)步制备出的5种中的l种卟啉卟啉溶液体积:第(2)-1)步 制备出的5种被测氨基酸溶液的体积比为1 : 0.7。
全文摘要
一种液态卟啉阵列光学检测装置及其检测氨基酸的方法，涉及卟啉光学检测氨基酸的装置及方法。本发明装置主要包括光源系统、反应室、光谱采集系统、信号处理分析比较系统及电源系统，特征是在反应室内基板的中部分割为10块，并设置10个比色皿，在10个比色皿中，放置液态卟啉检测溶液。本发明方法，利用本发明装置，经过制备卟啉溶液和氨基酸溶液及液态卟啉检测溶液，检测液态检测溶液中氨基酸的光谱图，对光谱图进行分析比较并判断出氨基酸的种类。本发明方法简单，操作简便快捷，检测成本低廉，检测的重复性好、准确度高、灵敏度和精确度高，无环境污染。本发明可广泛应用于生物、医学、催化及材料、生物制药、食品发酵及酿造工业中。
文档编号G01N21/01GK101738372SQ20091019170
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者侯长军, 刘振, 张国平, 张玉婵, 法焕宝, 罗小刚, 董家乐, 霍丹群, 黄舜 申请人:重庆大学
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