近红外光谱分析技术用于原料血浆蛋白测定的建模方法研究

论文摘要

血液制品是指采用生物学工艺或分离纯化的方法从人的血液分离提取有效成分制成的一种生物制品,指各种人的血浆蛋白制品。原料血浆是指由原料血浆站采集的专用于血液制品生产原料的血浆。血浆的化学成分中,水分占90-92%,其他10%以溶质血浆蛋白为主,并含有电解质、营养素（nutrients）、酶类（enzymes）、激素类（hormones）、胆固醇（cholesterol）和其他重要组成部分。血浆蛋白是多种蛋白质的总称,用盐析法可将其分为白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原三类。为保证原料血浆的质量,各国监管部门均有严格的标准,在对采集的血浆进行蛋白含量、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、HBsAg、梅毒、HIV-1抗体、HIV-2抗体和HCV抗体检测的同时,还要求有3个月的检疫期。蛋白质含量检测是血液制品生化检测的主要项目,正常含量为60-80g/L,蛋白含量反映了采浆者的健康状况,2010版中国药典规定单人份血浆蛋白质含量可采用双缩脲法或折射仪法测定,应不低于50g/L。其中,双缩脲法系根据蛋白质肽键在碱性溶液中与Cu2+形成紫红色络合物（其颜色深浅与蛋白质含量成正比）利用标准蛋白质溶液作对照,采用紫外-可见分光光度法测定供试品蛋白质含量。此法测定蛋白质含量,试剂单一,方法简便,耗时较长。折射仪法是一种较快得到蛋白质含量的方法,但此方法和其余方法所得结果有较大误差。因此,实际采浆过程中需要一种快速、准确测定蛋白质含量的方法。近红外（Near Infrared, NIR）光是波长介于可见区与中红外区之间的电磁波,美国材料检测协会（American society for testing and materials, ASTM）将其波长范围定义为780-2526nin。近红外光谱包含了大量的物质信息,主要是含氢基团,如O-H,C-H,N-H等基团振动的倍频和合频吸收,近红外光谱分析范围广泛,在农产品、饲料、药物、石油化工等领域中均取得了很好的应用成果。近年来,近红外用于医学检测也屡见报道,如成功应用于组织和大脑中血氧检测,血糖、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白以及细胞色素氧化酶等的近红外无损体内检测等。近红外光谱分析技术以其快速、无损、准确的特点得到越来越广泛的应用,本课题旨在建立一种快速、准确检测血浆蛋白指标的方法,并通过不同的光谱预处理方法、波段选择方法,以期得到预测结果好且性能稳健的模型,为近红外光谱在原料血浆生产过程中的应用奠定理论基础。模型的成功建立,不仅有利于保证供血浆者的健康,而且可以减少供血浆者在血浆站的停留时间,提高工作效率。此外,每年几千吨的采浆量需要产前复检,而此次模型的成功建立可为下一步实际生产中蛋白含量的快速检测提供方法。为证明原料血浆蛋白含量模型建立的可行性,本课题首先采用生理盐水配制不同蛋白浓度的原料血浆,为并建立了其可行性模型,考察了不同的预处理方法、不同的波段选择方法,最终利用SG9点平滑,7个主成分数,建立了PLS模型,其R=0.99986,RMSEP=0.324,Rcv=0.99965,RMSECV=0.464,。所建立的PLS模型具有很好的预测能力。其次建立了原料血浆中蛋白浓度的近红外光谱含量模型,并根据可行性光谱预处理结果考察了预处理方法,包括无预处理、一阶微分、SG平滑等方法,考察了不同的波段选择方法,包括相关系数法、iPLS方法,最终选择了10000-8200cm-1、5800-5600cm-1的区间建立模型,各参数的值分别为R=0.99323,RMSEP=3.92,Rcv=0.99214,RMSECV=2.4,具有较好的准确度和精密度,且重复性实验结果可满足实际要求。

论文目录

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• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1 血浆蛋白理化性质
• 2 血浆蛋白定量方法
• 2.1 凯氏定氮法
• 2.2 分光光度法
• 2.3 电泳法
• 2.4 折射仪法
• 2.5 质谱方法
• 3 近红外光谱分析技术
• 3.1 NIRS技术简介
• 3.2 NIRS技术应用于医学方面
• 3.3 NIRS分析方法
• 4 本课题研究的主要内容
• 5 本课题的创新点及难点
• 第二章 近红外光谱用于原料血浆总蛋白含量测定研究的可行性分析
• 1 材料
• 1.1 试剂
• 1.2 仪器
• 2 方法
• 2.1 样品制备
• 2.2 近红外光谱的采集
• 2.3 校正集、验证集的划分
• 2.4 光谱预处理方法的选择
• 2.5 光谱波段选择
• 2.6 模型的建立及预测能力分析
• 3 结果
• 3.1 原料血浆蛋白溶液的配制
• 3.2 原料血浆蛋白的近红外光谱
• 3.3 校正集、验证集的划分结果
• 3.4 光谱预处理方法的选择结果
• 3.5 光谱区间选择结果
• 3.6 最优模型
• 3.7 模型预测能力分析
• 4 讨论
• 第三章 近红外光谱用于原料血浆总蛋白含量测定的模型研究
• 1 材料
• 1.1 试剂
• 1.2 仪器
• 2 方法
• 2.1 样品制备
• 2.2 凯氏定氮法测定原料血浆中蛋白含量
• 2.3 近红外光谱的采集
• 2.4 校正集、验证集样品的划分
• 2.5 异常样本的检测
• 2.6 光谱预处理方法的选择
• 2.7 光谱最优区间的选择
• 2.8 模型的建立和预测能力分析
• 2.9 重复性实验
• 3 结果
• 3.1 凯氏定氮法测定结果
• 3.2 样品的近红外光谱
• 3.3 校正集、验证集样品的划分结果
• 3.4 异常点检测结果
• 3.5 光谱预处理结果
• 3.6 光谱区间的选择结果
• 3.7 最优模型
• 3.8 模型预测能力分析
• 3.9 重复性考察结果
• 4 讨论
• 论文总结与创新
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表