基于微流混合器的蛋白质折叠动力学实验系统的研制

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蛋白质如何从一个随机的无构象的状态折叠成它的自然态是生物学里最基本的问题,通过观察蛋白质折叠的最早期的事件,可以更容易理解蛋白质完整的折叠路径。最长时间的计算机模拟折叠得到的数据和最早的实验所得到的蛋白质折叠数据存在一定的差别,是因为实验中存在着一个不能被观察到的死区时间,这里我们将介绍一种基于超快微流混合器来研究蛋白质折叠的方法,这种方法就不存在这种观察不到的死区时间并且该混合器的混合时间比以前最好的实验仪器得到的死区时间还要短500倍。我们在这种超快微流体混合器的基础上,对蛋白质折叠的动力学过程通过光学检测的方式进行研究,得到关于蛋白质折叠的相关信息。  本文介绍的超快微流混合器属于微流聚焦混合器,这种混合器可以克服在高流速驱动下产生的迪恩涡流,也就是说可以实现较大雷诺数下的流速。这种微流体聚焦混合器采用了层流将蛋白质样品聚焦成一条射流,这条射流只有100纳米宽,混合时间很短并且样品的消耗量很低。采用气压驱动的方法驱动容器内样品流动并在微流芯片内快速混合,以266nm的激光源激发实验样品(N-乙酰基-L-色氨酸胺(NATA)的荧光,并沿着微流芯片的反应通道扫描光信息,通过光电探测器采集光信息,并将扫描位置转换为时间,得到时间分辨的荧光信号,根据采集到的荧光光强信息就能得到蛋白质折叠的早期数据。实验的结果采用MATLAB语言编程的数据处理程序来获得蛋白质折叠信息。  为了实时的得到蛋白质折叠动力学的数据,本论文设计了一套基于超快微流混合器的实验系统,采用LAbVIEW编程语言编写了图形化的操作界面,用LabVIEW语言将程序的运行设计成一个虚拟的仪器,方便操作者的使用,该程序设计是以微流混合器的观察通道为扫描对象,对500微米的观察通道分别进行6次100*100微米面积的扫描,每次的扫描数据都与前一次的数据有20微米的重复扫描,这样可以确保实验数据的完整与正确性。为了能找到微流混合器内样品的射流,我们在物镜上安装了行程为100微米的驱动装置。采用LabVIEW语言作为实验系统的编程语言,编写简单且易操作的蛋白质折叠数据采集界面,通过计算机指令实现对光电探测器的驱动并实时的采集光强数据。
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