蛋白质分子对接检测装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910180530.1 (22)申请日 2019.03.11 (71)申请人 江苏理工学院 地址 213001 江苏省常州市中吴大道1801 号 (72)发明人 常珊钦淳蒋益峰陈墩金 郑恩兴 (74)专利代理机构 常州佰业腾飞专利代理事务 所(普通合伙) 32231 代理人 高姗 (51)Int.Cl. G01N 33/48(2006.01) G16B 40/00(2019.01) (54)发明名称 一种蛋白质分子对接检测装置 (57)摘要 本发明提供了一种蛋白质分子对接检。

2、测装 置， 包括： 数据接收模块， 数据接收模块与Hadoop 计算平台进行通信连接， 以接收Hadoop计算平台 获取的蛋白质分子的对接分值； 语音模块； 数码 显示模块； 微控制器， 微控制器分别与数据接收 模块、 语音模块和数码显示模块相连， 微控制器 用于控制语音模块播报对接分值， 和控制数码显 示模块显示对接分值。 本发明整个装置结构简单 易组装， 成本较低， 能够使实验人员直观地了解 到蛋白质分子对接结果的好坏， 大大提高实验和 学习效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 110007067 A 2019.07.12 CN 110007067 A 1.一种蛋白质分子对接。

3、检测装置， 其特征在于， 包括： 数据接收模块， 所述数据接收模块与Hadoop计算平台进行通信连接， 以接收所述 Hadoop计算平台获取的蛋白质分子的对接分值； 语音模块； 数码显示模块； 微控制器， 所述微控制器分别与所述数据接收模块、 所述语音模块和所述数码显示模 块相连， 所述微控制器用于控制所述语音模块播报所述对接分值， 和控制所述数码显示模 块显示所述对接分值。 2.根据权利要求1所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 还包括： 控制开关， 所述控制开关与所述微控制器相连， 所述控制开关用于切换所述语音模块 播报所述对接分值和所述数码显示模块显示所述对接分值。 3.根据权利。

4、要求2所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 还包括： 复位模块， 所述复位模块与所述微控制器相连， 所述复位模块用于对所述蛋白质分子 对接检测装置进行复位设置。 4.根据权利要求3所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 还包括： 发光二极管， 所述发光二极管与所述微控制器相连， 所述发光二极管用于进行所述蛋 白质分子对接检测装置的运行指示。 5.根据权利要求4所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 还包括： 电源模块， 所述电源模块与所述微控制器相连以进行供电。 6.根据权利要求1-5中任一项所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 所述 Hadoop计算平台包括一台计。

5、算机用作名称节点， 若干台计算机用作数据节点， 多台计算机 通过局域网或者交换机进行连接， 每台计算机都有一个分配的IP地址， 其中， 所述名称节点 负责管理每个数据节点保存的数据块的文件， 并且负责控制外部客户机的访问； 每个数据 节点负责存储把数据拆分为固定大小的每个数据块。 7.根据权利要求6所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， Hadoop主要由HDFS和 MapReduce两部分组成， 其中HDFS负责存储， MapReduce负责计算； 利用MapReduce框架对生 物分子进行处理对接， 然后筛选出所有配体小分子之间打分值较高的几个数据并存入到 HDFS中， 并将数据导入。

6、出来与对接装置进行连接； 分子对接采用分子对接软件autodock。 8.根据权利要求7所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 所述数据接收模块与 Hadoop计算平台通过蓝牙进行无线通信连接。 9.根据权利要求8所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 所述语音模块中预先 分配有地址码。 10.根据权利要求1所述的蛋白质分子对接检测装置， 其特征在于， 所述微控制器包括 型号为C8051F020的单片机。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110007067 A 2 一种蛋白质分子对接检测装置 技术领域 0001 本发明涉及智能检测领域， 具体涉及一种蛋白质分子对接检测装置。 背景。

7、技术 0002 目前在生物医药中， 蛋白质分子间的各种对接模式是药物筛选领域的一个重要环 节， 它也是新药生产过程中最直接有效的一种方式。 生物分子之间有着各种各样的生理活 动， 例如细胞的增值、 分化和消亡， 基因的复制、 转录和翻译等。 因此如何快速有效的将蛋白 质分子进行对接， 已成为了一个十分重要的部分。 0003 现如今， 在各高校实验室或者科研机构的研究所内， 通过相关技术进行蛋白质分 子对接已经较为普遍， 然而由于分子对接的过程全程在电脑中运作， 人眼无法直接识别相 应的过程， 而且分子对接的结果大多是数字等形式展现， 结果过于抽象， 这样直接导致相关 人员或者学生不能直观的进行。

8、后续的分析。 目前， 市面上大多是利用高性能计算机用于计 算分析， 整个过程全程在电脑中， 这不仅不便于老师课堂上进行教学， 也不便于大学生或者 实验员进行后续的实验与分析。 同时因为分子对接在电脑上工作， 学生或者实验人员需要 时刻注意电脑屏幕， 如果是在上课过程中则会浪费大量宝贵的时间， 直接导致上课效率低 下。 发明内容 0004 本发明为解决目前对于蛋白质分子对接的对接结果展示不够直观， 以及通过电脑 分析对接结果效率低下的技术问题， 提供了一种蛋白质分子对接检测装置。 0005 本发明采用的技术方案如下： 0006 一种蛋白质分子对接检测装置， 包括： 数据接收模块， 所述数据接收模。

9、块与Hadoop 计算平台进行通信连接， 以接收所述Hadoop计算平台获取的蛋白质分子的对接分值； 语音 模块； 数码显示模块； 微控制器， 所述微控制器分别与所述数据接收模块、 所述语音模块和 所述数码显示模块相连， 所述微控制器用于控制所述语音模块播报所述对接分值， 和控制 所述数码显示模块显示所述对接分值。 0007 所述的蛋白质分子对接检测装置还包括： 控制开关， 所述控制开关与所述微控制 器相连， 所述控制开关用于切换所述语音模块播报所述对接分值和所述数码显示模块显示 所述对接分值。 0008 所述的蛋白质分子对接检测装置还包括： 复位模块， 所述复位模块与所述微控制 器相连， 所。

10、述复位模块用于对所述蛋白质分子对接检测装置进行复位设置。 0009 所述的蛋白质分子对接检测装置还包括： 发光二极管， 所述发光二极管与所述微 控制器相连， 所述发光二极管用于进行所述蛋白质分子对接检测装置的运行指示。 0010 所述的蛋白质分子对接检测装置还包括： 电源模块， 所述电源模块与所述微控制 器相连以进行供电。 0011 所述Hadoop计算平台包括一台计算机用作名称节点， 若干台计算机用作数据节 说明书 1/5 页 3 CN 110007067 A 3 点， 多台计算机通过局域网或者交换机进行连接， 每台计算机都有一个分配的IP地址， 其 中， 所述名称节点负责管理每个数据节点保。

11、存的数据块的文件， 并且负责控制外部客户机 的访问； 每个数据节点负责存储把数据拆分为固定大小的每个数据块。 0012 Hadoop主要由HDFS和MapReduce两部分组成， 其中HDFS负责存储， MapReduce负责 计算； 利用MapReduce框架对生物分子进行处理对接， 然后筛选出所有配体小分子之间打分 值较高的几个数据并存入到HDFS中， 并将数据导入出来与对接装置进行连接； 分子对接采 用分子对接软件autodock。 0013 所述数据接收模块与Hadoop计算平台通过蓝牙进行无线通信连接。 0014 所述语音模块中预先分配有地址码。 0015 所述微控制器包括型号为C8。

12、051F020的单片机。 0016 本发明的有益效果： 0017 本发明通过数据接收模块接收Hadoop计算平台获取的蛋白质分子的对接分值， 并 通过语音模块播报对接分值， 和通过数码显示模块显示对接分值， 整个装置结构简单易组 装， 成本较低， 能够使实验人员直观地了解到蛋白质分子对接结果的好坏， 大大提高实验和 学习效率。 附图说明 0018 图1为本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置的方框示意图； 0019 图2为本发明一个实施例的蛋白质分子对接检测装置的方框示意图； 0020 图3为本发明一个实施例的蛋白质分子对接检测方法的流程图。 具体实施方式 0021 下面将结合本发明实施例中的附。

13、图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0022 如图1所示， 本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置， 包括数据接收模块10、 语 音模块20、 数码显示模块30和微控制器40。 其中， 数据接收模块10与Hadoop计算平台进行通 信连接， 以接收Hadoop计算平台获取的蛋白质分子的对接分值； 微控制器40分别与数据接 收模块10、 语音模块20和数码显示模块30相连， 微控制。

14、器用40于控制语音模块20播报对接 分值， 和控制数码显示模块30显示对接分值。 0023 进一步地， 如图2所示， 本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置还可包括控制开 关50， 控制开关50与微控制器40相连， 控制开关50用于切换语音模块20播报对接分值和数 码显示模块30显示对接分值。 0024 进一步地， 如图2所示， 本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置还可包括复位模 块60， 复位模块60与微控制器40相连， 复位模块60用于对蛋白质分子对接检测装置进行复 位设置。 0025 进一步地， 如图2所示， 本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置还可包括发光二 极管70， 发光二极管70与。

15、微控制器40相连， 发光二极管70用于进行蛋白质分子对接检测装 说明书 2/5 页 4 CN 110007067 A 4 置的运行指示。 0026 进一步地， 如图2所示， 本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置还可包括电源模 块80， 电源模块80与微控制器40相连以进行供电。 蛋白质分子对接检测装置还可包括微控 制器40外围为微控制器40提供时钟的晶振模块90。 0027 在本发明的一个实施例中， Hadoop计算平台负责蛋白质分子对接， 以及对接结果 的打分与排序。 Hadoop计算平台包括一台高性能的计算机用作名称节点(NameNode)， 若干 台一般计算机用作数据节点(DataNod。

16、e)， 多台计算机通过局域网或者交换机进行连接， 每 台计算机都有一个分配的IP地址， 其中， 名称节点负责管理每个数据节点保存的数据块的 文件， 并且负责控制外部客户机的访问； 每个数据节点负责存储把数据拆分为固定大小的 每个数据块。 Hadoop主要由HDFS和MapReduce两部分组成， 其中HDFS负责存储， MapReduce负 责计算； 利用MapReduce框架对生物分子进行处理对接， 然后筛选出所有配体小分子之间打 分值较高的几个数据并存入到HDFS中， 并将数据导入出来与对接装置进行连接； 分子对接 采用分子对接软件autodock。 0028 在本发明的一个实施例中， 数。

17、据接收模块10与Hadoop计算平台通过蓝牙进行无线 通信连接。 这样做的目的是节约空间， 同时操作起来方便简单方便。 详细工作如下： 首先查 看蓝牙手册， 获取蓝牙从机配对密码， 波特率等条件； 通过蓝牙串口测试软件， 发送指令， 更 改另一个蓝牙的主从模式， 将其改为主机模式； 通过指令更改蓝牙主机的配对密码， 使其与 从机密码相同； 更改蓝牙主机波特率， 与蓝牙从机的波特率相同。 打开电源， 观察能否自动 匹配成功。 当分子对接结果完毕， 通过打分函数得到结果的对接分值后， 整个Hadoop将该数 值通过蓝牙设备(从机)， 传输给蓝牙设备主机， 即数据接收模快10。 数据接收模快将10数。

18、据 传给微控制器40， 从而进行后续的工作。 0029 在本发明的一个实施例中， 语音模块20中预先分配有地址码。 微控制器40可将接 收到数据按照每位数字的顺序进行拆开， 并传输给语音模块20和数码显示模块30， 语音模 块20根据预先存入的数字与之进行对比， 得到该数字的存入地址， 语音模块20依次将数字 报出， 同时数码显示模块30显示对应的数值， 从而得到对接分值。 0030 在本发明的一个具体实施例中， 微控制器40包括型号为C8051F020的单片机， C8051F020单片机具有8位500ksps的ADC， 带PGA和8通道模拟多路开关， 两个12位DAC， 具有 可编程数据更新。

19、方式， 有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。 数码显示模块30 采用共阴极八段数码管。 语音识别模块采用NV020S， 包括扬声器和运算放大器， NV020S是一 款具有高速DSP内核的语音模块， 其主要功能特点有： 高音质的语音播放、 多功能多领域的 应用范围、 灵活的语音容量扩充方式， NV020S提供多种按键触发方式， 符合本发明实施例的 使用需求。 0031 在本发明的一个具体实施例中， 如图3所示， 基于上述蛋白质分子对接检测装置的 蛋白质分子对接检测方法可包括以下步骤： 0032 S1， 利用Hadoop计算平台进行蛋白质分子对接。 0033 S2， 通过打分函数对对接。

20、结果进行评定以得到对接分值。 0034 对于步骤S1和S2， 具体地， 首先可将需要对接的分子数据上传至HDFS； 实验人员通 过简要对接的分子的属性信息来判断分子特点， 并提取出相应的分子特征信息， 这些信息 具有简洁的、 可识别的以及能反映分子的基本特征等特点； 实验人员根据上述特点创建配 说明书 3/5 页 5 CN 110007067 A 5 体分子属性表， 用于提供给用户根据化合物的属性信息进行查询配体分子属性； 创建对接 结果表， 配置结果存储目录； 提交MapReduce任务， 整个Hadoop框架会自动调用分子对接软 件autodock进行分子对接， 每个配体分子在Hadoop。

21、平台上完成对接后会产生一个相对应的 结果文件； 对结果文件进行解析， 通过打分函数得到生物分子间结合模式的打分。 出于单片 机存储的考虑， 可选取其中最好的8种构象， 这8种构象按照对接分值(能量值)从高到低的 顺序依次排序， 并存储在HDFS的结果目录中。 0035 分子对接是药物设计的主要方法， 核心是锁-钥原理， 也就是说配体分子和受体分 子之间的对接匹配不仅要包括空间构象上几何匹配， 而且要包括能量上的匹配。 autodock 是一款流行的分子对接软件， 因为要对含有数以万计个分子的大数据库进行筛选， 因此计 算效率十分重要， 而Hadoop具有高并行化的特点， 可以对分子大数据进行高。

22、速的分子对接。 0036 打分函数是分子对接算法的重要组成部分， 它是对蛋白质复合物构象进行筛选的 重要依据， 它直接决定了对接算法的精度。 一个理想的打分函数能够平衡计算效率和可靠 性。 本发明实施例采用基于力场的打分函数， 原理是是利用分子力学和分子动力学进行自 由预测并打分， 它包括静电作用和范德华作用， 并把氢键作用当作静电作用处理， 主要公式 如下： 0037 0038 其中， rij表示受体原子i和配体原子j之间的距离， Aij和Bij分别表示在范德华作用 下排斥和吸引的参数， q代表原子的点电荷，(rij)是恒定介电常数， 一般取4rij。 0039 所有准备工作做完后， 就可以。

23、打开计算机软件， 进行蛋白质分子间对接结果的好 坏程度的测试。 0040 S3， 将对接分值通过蓝牙传输至单片机。 Hadoop会通过打分程序， 将每次对接的情 况进行打分并将分值按照从高到低的顺序存储并传输给蛋白质分子对接检测装置。 0041 S4， 单片机将接收到的数据进行排序拆分， 发光二极管常亮， 表明对接工作结束。 0042 S5， 将拆分后的数据依次与语音模块内的数据进行比对。 通过比对可得到每个对 接分值的对应地址。 0043 S6， 将比对得到的对接分值依次通过语音模块的扬声器播报， 同时通过数码显示 模块显示对接分值。 0044 具体地， 可预先在语音模块中分配相应地址， 对。

24、应存入数字0至9以及小数点， 预先 编写好数码管显示的对应程序， 以及计算分子间结合模式相关打分函数子程序， 在对接时 调用该程序。 0045 S7， 实验人员通过控制开关按顺序切换语音模块播报和数码显示模块显示的每个 数据。 0046 S8， 按下复位开关， 发光二极管关闭， 整个工作过程结束。 0047 根据本发明实施例的蛋白质分子对接检测装置， 通过数据接收模块接收Hadoop计 算平台获取的蛋白质分子的对接分值， 并通过语音模块播报对接分值， 和通过数码显示模 块显示对接分值， 整个装置结构简单易组装， 成本较低， 能够使实验人员直观地了解到蛋白 质分子对接结果的好坏， 大大提高实验和。

25、学习效率。 说明书 4/5 页 6 CN 110007067 A 6 0048 在本发明的描述中，“多个” 的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 0049 在本发明中， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相连” 、“连接” 、“固定” 等 术语应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或成一体； 可以是机械连 接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。 0050 在本发明中， 除。

26、非另有明确的规定和限定， 第一特征在第二特征 “上” 或 “下” 可以 是第一和第二特征直接接触， 或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。 而且， 第一特征在 第二特征 “之上” 、“上方” 和 “上面” 可是第一特征在第二特征正上方或斜上方， 或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在第二特征 “之下” 、“下方” 和 “下面” 可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方， 或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 0051 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“一些实施例” 、“示例” 、“具体示 例” 、 或 “一些示例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体。

27、特征、 结构、 材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不 必须针对的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 此外， 在不相互矛盾的情况下， 本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。 0052 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。 说明书 5/5 页 7 CN 110007067 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 110007067 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 110007067 A 9 。