基于壓縮感知的蛋白批量測定方法
【專利摘要】本發明公開了基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，包括以下步驟：步驟一，將N個待檢測樣本順序排列并依次編號，將其視為蛋白濃度一維分布向量；通過計算機生成采樣矩陣，采樣矩陣的列數為N，采樣矩陣的行數為M，根據采樣矩陣行向量每一行元素的輸出順序依次從N個待測樣本中取液，將每行N次取液混合作為一個采樣，共得到M個采樣；步驟二，將M個采樣按照順序依次進行蛋白濃度檢測，測得采樣矩陣中不同行向量對應的采樣蛋白濃度，利用質量計算公式：m=PV，其中：m為采樣蛋白的質量、P為采樣蛋白的質量濃度、V為采樣的液體體積；步驟三，選擇稀疏變換，構成超完備字典；步驟四，利用恢復算法對N個待檢測樣本的蛋白濃度進行重建。
【專利說明】基于壓縮感知的蛋白批量測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種蛋白濃度批量檢測方法，特別是涉及基于壓縮感知的蛋白濃度批 量檢測方法。
【背景技術】
[0002] 蛋白濃度檢測在各行業各領域內有著廣泛的應用，如：食品檢驗、臨床檢驗、醫學 普查、疾病診斷、生物藥物分離提純和質量檢驗等。隨著科技的進步，現代工農業生產中對 各種產品的生產過程有了更高的性能和技術要求，醫學診斷對各種生物化學檢驗更加依 賴，這就需要使得蛋白濃度檢測在精度、時間和檢測成本上有更大的突破。蛋白濃度檢測適 用于食品蛋白質含量檢測、醫學普查特定蛋白檢測、疾病診斷特定蛋白指標檢測、生物藥物 蛋白含量檢測等領域，但在大樣本批量檢測中，會由于檢測次數多，耗費時間長，檢測試劑 成本高等不足阻礙蛋白濃度檢測的應用與推廣。
[0003] 中國專利申請201310747532. 7提出了 "一種纖維連接蛋白測定試劑盒及其使用 方法"，雖然該方案具有所用試劑單一，內含的抗體效價高、親和力好、特異性強、穩定性好、 批間差小、有效期長，且靈敏度高、檢測精度高的優點，但還存在以下明顯不足：一是測量N 個批量待測樣本的蛋白濃度必須進行N次測量，其測量次數多，帶來的系統測量誤差大；二 是每次測量均需使用多種試劑，耗費較多時間，增加了蛋白濃度批量檢測的成本。
[0004] 中國專利申請201010103429. 5提出了"全量程C反應蛋白檢測試劑盒"，雖然該方 案具有既可以測定低含量，又可測定高含量，且靈敏度高、穩定性強、測定準確等優點，但還 存在以下明顯不足：一是測量N個批量待測樣本的蛋白濃度必須進行N次測量，其測量次數 多，帶來的系統測量誤差大；二是每次測量均需使用多種試劑，耗費較多時間，增加了蛋白 濃度批量檢測的成本。
[0005] 綜上所述，如何克服現有技術的不足已成為當今蛋白濃度測量【技術領域】中亟待解 決的重大難題之一。
【發明內容】
[0006] 發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供基于壓縮感 知的蛋白批量測定方法。
[0007] 本發明的目的是為克服現有技術存在的不足而提供基于壓縮感知的蛋白濃度批 量檢測方法。
[0008] 本發明公開了基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一，將N個待檢測樣本順序排列并依次編號，將其視為蛋白濃度一維分布向 量；通過計算機生成采樣矩陣，采樣矩陣的列數為N，采樣矩陣的行數為M，M〈〈N，根據采樣 矩陣行向量每一行元素的輸出順序依次從N個待測樣本中取液，將每行N次取液混合作為 一個采樣，共得到Μ個采樣，N個待測樣本中每次的取液量最小為0 ;
[0010] 步驟二，將Μ個采樣按照順序依次進行蛋白濃度檢測，測得采樣矩陣中不同行向 量對應的采樣蛋白濃度，利用質量計算公式：m= PV，其中：m為采樣蛋白的質量、P為采 樣蛋白的質量濃度、V為采樣的液體體積；
[0011] 步驟三，選擇稀疏變換，構成超完備字典；
[0012] 步驟四，利用恢復算法對N個待檢測樣本的蛋白濃度進行重建。
[0013] 本發明中，步驟一所述生成采樣矩陣的構造式為：
[0014] Φ e rmxn,
[0015] 其中，φ為采樣矩陣，RMXN代表MXN維實數集，采樣矩陣滿足有限等距性。
[0016] 本發明中，對所述采樣矩陣進行優化得到矩陣Φ3，矩陣Φ3中每個元素 φ:'.,的計算 公式如下：
[0017]
【權利要求】
1. 一種基于壓縮感知的蛋白批量測定方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，將N個待檢測樣本順序排列并依次編號，作為蛋白濃度一維分布向量；通過計 算機生成采樣矩陣，采樣矩陣的列數為N，采樣矩陣的行數為M，M〈〈N ;根據采樣矩陣行向量 每一行元素的輸出順序依次從N個待測樣本中取液，將每行N次取液混合作為一個采樣，共 得到Μ個采樣，N個待測樣本中每次的取液量最小為0 ;待檢測樣本為蛋白質溶液； 步驟二，將Μ個采樣按照順序依次進行蛋白濃度檢測，測得采樣矩陣中不同行向量對 應的采樣蛋白濃度，利用質量計算公式計算：m= PV，其中：m為采樣蛋白的質量、Ρ為采 樣蛋白的質量濃度、V為采樣的液體體積； 步驟三，選擇稀疏變換，構成超完備字典； 步驟四，利用恢復算法對N個待檢測樣本的蛋白濃度進行重建。
2. 根據權利要求1所述的基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，其特征在于，步驟 一所述生成采樣矩陣的構造式為： Φ e Rmxn, 其中，Φ為采樣矩陣，Rmxn代表MXN維實數集，采樣矩陣滿足有限等距性。
3. 根據權利要求2所述的基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，其特征在于，對所 述采樣矩陣進行優化得到矩陣Φ3，矩陣Φ3中每個元f
的計算公式如下：
Vmax為N個待測樣本中的最大體積，Φ3中的每一行視為一組控制向量，max {Φ}表不 Φ矩陣中最大的一個元素，表示Φ矩陣中的第i行，第j列的元素。
4. 根據權利要求3所述的基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，其特征在于，蛋白 的質量采樣向量Y為對信號X執行一個壓縮觀測的結果，質量計算公式為Y = ΦΧ，信號X 即待測蛋白濃度X，將質量計算公式進行擴展得到：
其中，Xl，x2,...，xN分別為N個待測蛋白濃度X中的各個元素，N個待測蛋白濃度X為 N維實信號X = [Xl，x2,...，xN]T e RN，RN代表N維實數集，T為矩陣轉置符號；Μ個線性投 影觀測采樣構成的蛋白的質量采樣向量Y = [yi，y2,...，yM]T e rm，yi，y2,...，yM分別為蛋 白的質量采樣向量Y中的各個元素，R M代表M維實數集；蛋白的質量采樣向量Y，是指由采 樣矩陣中每個行向量對應的蛋白質量濃度采樣值
乘以
進行歸 一化且將蛋白的質量濃度采樣值
_換為蛋白的質量采樣值，其中，夂為第i行向量對 應的蛋白質量濃度采樣值，
即為總的Μ行向量對應的蛋白質量濃度采樣值。
5. 根據權利要求4所述的基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，其特征在于，步驟 三所述稀疏變換，是指從蛋白的質量采樣向量Υ中恢復Ν個待測樣本蛋白濃度Ν維信號X， 要求信號X為稀疏向量或信號X在一個變換域中是稀疏的。
6. 根據權利要求1所述的基于壓縮感知的蛋白濃度批量檢測方法，其特征在于，步驟 四所述恢復算法，是指從蛋白的質量采樣向量Υ中恢復Ν個待測樣本蛋白濃度Ν維信號X 是一個求解線性方程組，在Ν個待測樣本蛋白濃度X稀疏或可壓縮的前提下的求解欠定方 程組：
其中，Ψ為正交基字典矩陣，ΨΧ為對X向量進行稀疏變換所得的稀疏系數， argn^i||OT|代表求得在ψχ的1范數最小時對應的X向量，s. t.代表約束條件,Α08 = Φ Ψ 為CS信息算子，Θ是X在一個稀疏變換域中的投影系數，Φ為采樣矩陣，X代表Ν個待測 蛋白濃度，Υ為蛋白的質量采樣向量。
【文檔編號】G01N9/00GK104215550SQ201410480261
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】朱松盛, 王偉, 李修寒, 王超, 吳小玲, 段磊, 劉賓 申請人:南京醫科大學