【摘要】：隨著當(dāng)下經(jīng)濟(jì)社會飛速的發(fā)展,人類對物質(zhì)生活的需求也在不斷提高。氨基酸作為一切生命的基礎(chǔ)組成,在物質(zhì)分解過程中對自然環(huán)境有著極其重要的影響。因此,氨基酸自然而然的成為了人們關(guān)注的重點(diǎn),與氨基酸有關(guān)的商業(yè)和工業(yè)所帶來的環(huán)境污染也會隨即產(chǎn)生。為了更好的了解氨基酸在高蛋白分解或人類健康生活中所存在的環(huán)境行為,必須及時對氨基酸進(jìn)行相關(guān)分析研究。在自然環(huán)境中,包括生命活動所需的氨基酸在內(nèi)的絕大多數(shù)物質(zhì)均以復(fù)雜化學(xué)體系的形式所存在。因此,針對于混合氨基酸的識別分析研究往往會因其內(nèi)部物質(zhì)之間的交互反應(yīng)而顯得非常困難。傳統(tǒng)科學(xué)研究中通常會選擇大型的儀器對混合氨基酸進(jìn)行成分檢測,亦或是通過成千上萬次的實(shí)驗(yàn)來尋找三四種氨基酸之間互相作用關(guān)系而進(jìn)行相關(guān)的分析推斷。但傳統(tǒng)儀器只能檢測出某一類物質(zhì)或者污染物的存在和含量,卻無法深入了解其所具有的環(huán)境效應(yīng)。同時,傳統(tǒng)研究方法均存在繁瑣、實(shí)驗(yàn)周期長、昂貴的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用等缺點(diǎn)。面對傳統(tǒng)技術(shù)對復(fù)雜化學(xué)體系進(jìn)行研究時所存在的弊端,本課題組通過數(shù)年的努力探索出了一種技術(shù)手段。該技術(shù)既能將混合氨基酸內(nèi)部信息進(jìn)行記錄與呈現(xiàn),又能通過相關(guān)模型對混合氨基酸進(jìn)行相關(guān)預(yù)測。依據(jù)物質(zhì)之間的動態(tài)平衡關(guān)系,我們提出了一種通過化學(xué)擾動劑與化學(xué)顯色劑對復(fù)雜化學(xué)體系下氨基酸所具有的內(nèi)部信息進(jìn)行記錄與呈現(xiàn)的策略。我們在高通量技術(shù)的指導(dǎo)下,采用噴墨打印技術(shù)將化學(xué)擾動劑與化學(xué)顯色劑在相應(yīng)的印刷載體上進(jìn)行了成千上萬個有機(jī)組合。使它們按照一定規(guī)律獨(dú)立的分布在印刷載體上,最終形成了可發(fā)生數(shù)量級微反應(yīng)的化學(xué)芯片。同樣,我們可借助于噴墨打印技術(shù)將氨基酸以不同的量同時覆蓋在數(shù)百個化學(xué)芯片上。屆時,復(fù)雜化學(xué)體系下氨基酸內(nèi)部信息將會被化學(xué)芯片以顏色變化的形式進(jìn)行記錄與呈現(xiàn),形成反應(yīng)芯片圖像。通過對反應(yīng)芯片圖像的初步數(shù)字化分析,我們對混合氨基酸的內(nèi)部信息有了簡單了解。之后又通過機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning,ML)對其內(nèi)部信息構(gòu)建了相關(guān)的模型。通過此模型可以復(fù)雜化學(xué)體系下氨基酸進(jìn)行識別分析研究,為有關(guān)于混合氨基酸的研究提供了一定的參考。主要結(jié)論:(1)對自然環(huán)境中混合氨基酸內(nèi)部信息進(jìn)行記錄與呈現(xiàn)方法的建立。基于物質(zhì)內(nèi)部動態(tài)平衡關(guān)系篩選出相應(yīng)的化學(xué)試劑后,在高通量技術(shù)指導(dǎo)下通過噴墨打印技術(shù)使化學(xué)試劑均精準(zhǔn)分布在印刷載體上形成化學(xué)芯片�；瘜W(xué)芯片可通過顏色變化的形式對混合氨基酸內(nèi)部信息進(jìn)行記錄與表達(dá)。(2)對反應(yīng)芯片圖像的數(shù)字化處理。通過相關(guān)軟件提取反應(yīng)芯片圖像的RGB值或灰度值,并提出以等高線圖、RGB直方圖、以及三維曲線圖的形式將反應(yīng)芯片圖像所蘊(yùn)含的信息更直觀的呈現(xiàn)出來,以便我們對其對比分析。(3)對混合氨基酸內(nèi)部信息的初步探究。在對反應(yīng)芯片圖像數(shù)字化處理之后,通過對各種實(shí)驗(yàn)條件下所對應(yīng)的數(shù)字化結(jié)果進(jìn)行一系列的對比分析,初步了解了混合氨基酸內(nèi)部信息。(4)對化學(xué)芯片性能的探究。通過對反應(yīng)芯片的誤差分析間接表明了本研究中所制備的化學(xué)芯片具有較好的精確性。同時,我們在化學(xué)芯片適用性的討論中為它在其它領(lǐng)域的應(yīng)用提出了一些建議。(5)對混合氨基酸識別分析模型的建立。通過反應(yīng)芯片圖像與反應(yīng)樣品的量和種類之間的對應(yīng)關(guān)系,通過ML對原始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深度訓(xùn)練學(xué)習(xí)。最終建立一種屬于混合氨基酸內(nèi)部信息的網(wǎng)絡(luò)模型,為混合氨基酸的識別分析提供了支撐。
【圖文】：

圖２－１擾動劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｓ逡逑由于在圖２－１中部分反應(yīng)結(jié)果的顏色與酸堿顯色劑本身顏色的差異性并不明逡逑顯，肉眼很難直接判斷是否存在變化。所以在本文中將圖像信息進(jìn)行了數(shù)字化處逡逑理，以便將反應(yīng)結(jié)果圖像之間的差異性放大后再進(jìn)行篩選。所有反應(yīng)結(jié)果的圖像逡逑均被采用軟件像素化處理后提取出了每張圖像的ＲＧＢ值，之后分別計算出每張反逡逑應(yīng)結(jié)果圖像與酸堿顯色劑自身色彩圖像之間的差值繪制如圖２－２所示。計算公式為逡逑Ｄ＝Ｖ（Ｒｉ－ＲｃＫ）２＋（Ｇｉ－ＧｃＫ）＾＋（Ｂｉ－ＢｃＫ）＾，其中Ｄ代表差值，ｉ代表反應(yīng)結(jié)果圖像的編號，逡逑ＣＫ指甲基紅與溴百里酚藍(lán)自身圖像的值。計算結(jié)果中紅色條形柱代表顯色劑為甲逡逑基紅的反應(yīng)圖像計算后的差值結(jié)果，藍(lán)色代表顯色劑為溴百里酚藍(lán)反應(yīng)圖像計算逡逑后的差值結(jié)果。由圖２－２可以更直觀的看到每種試劑與酸堿顯色劑的反應(yīng)情況，它逡逑們均能引起酸堿顯色劑發(fā)生相應(yīng)的顏色變化，符合實(shí)驗(yàn)要求。所以本研宄中最終逡逑選擇檸檬酸、硫酸鋁鉀、硝酸銅、碳酸鉀作為化學(xué)擾動劑

邐ＯＨｈＯ？邐ＫＡＩ（Ｓ0４）２邋Ｃｕ（Ｎ0３）２邋Ｋ．ＭＦｃ（ＣＮ）６｜邋ＣｓｉｌｉｏＮＳｉＮａ－ＳｌｈＯ逡逑圖２－１擾動劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｓ逡逑由于在圖２－１中部分反應(yīng)結(jié)果的顏色與酸堿顯色劑本身顏色的差異性并不明逡逑顯，肉眼很難直接判斷是否存在變化。所以在本文中將圖像信息進(jìn)行了數(shù)字化處逡逑理，以便將反應(yīng)結(jié)果圖像之間的差異性放大后再進(jìn)行篩選。所有反應(yīng)結(jié)果的圖像逡逑均被采用軟件像素化處理后提取出了每張圖像的ＲＧＢ值，之后分別計算出每張反逡逑應(yīng)結(jié)果圖像與酸堿顯色劑自身色彩圖像之間的差值繪制如圖２－２所示。計算公式為逡逑Ｄ＝Ｖ（Ｒｉ－ＲｃＫ）２＋（Ｇｉ－ＧｃＫ）＾＋（Ｂｉ－ＢｃＫ）＾，，其中Ｄ代表差值，ｉ代表反應(yīng)結(jié)果圖像的編號，逡逑ＣＫ指甲基紅與溴百里酚藍(lán)自身圖像的值。計算結(jié)果中紅色條形柱代表顯色劑為甲逡逑基紅的反應(yīng)圖像計算后的差值結(jié)果，藍(lán)色代表顯色劑為溴百里酚藍(lán)反應(yīng)圖像計算逡逑后的差值結(jié)果。由圖２－２可以更直觀的看到每種試劑與酸堿顯色劑的反應(yīng)情況，它逡逑們均能引起酸堿顯色劑發(fā)生相應(yīng)的顏色變化，符合實(shí)驗(yàn)要求。所以本研宄中最終逡逑選擇檸檬酸、硫酸鋁鉀、硝酸銅、碳酸鉀作為化學(xué)擾動劑
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O629.711;TP181

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2701778