urea assay analysis

import%20marimo%0A%0A__generated_with%20%3D%20%220.17.6%22%0Aapp%20%3D%20marimo.App(width%3D%22medium%22)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_()%3A%0A%20%20%20%20import%20marimo%20as%20mo%0A%20%20%20%20import%20pandas%20as%20pd%0A%20%20%20%20import%20matplotlib.pyplot%20as%20plt%0A%20%20%20%20import%20matplotlib.cm%20as%20cm_colors%0A%20%20%20%20import%20numpy%20as%20np%0A%20%20%20%20from%20pathlib%20import%20Path%0A%20%20%20%20return%20cm_colors%2C%20mo%2C%20np%2C%20pd%2C%20plt%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Purpose%0A%0A%20%20%20%20Measure%20absorption%20spectrum%20of%20urea-urease%20solutions%20in%20HEPES%20buffer%20for%20different%20urea%20concentrations.%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Approach%20(Callum%20Galloway%20with%20Laurel%20Smith)%0A%0A%20%20%20%20%23%23%20Initial%20solution%20preparation%0A%0A%20%20%20%201.%20Prepare%20HEPES%20stock%20at%20100%20mM%2C%20pH%207.0%20in%20ultrapure%20water.%20Dilute%20to%205%E2%80%9310%20mM%20working%20concentration.%20**This%20is%20the%20buffer%20base.**%0A%20%20%20%202.%20Dissolve%20Phenol%20Red%20to%200.10%E2%80%930.16%25%20(w%2Fv)%20in%20HEPES%20buffer%20(this%20will%20be%20diluted%201%3A1%20on-chip%20to%20reach%200.05%E2%80%930.08%25%20final).%0A%20%20%20%203.%20Add%20Tween-20%20to%200.04%25%20(v%2Fv).%0A%20%20%20%204.%20Titrate%20the%20reagent%20stream%20base%20to%20a%20defined%20pH%20starting%20point%20using%20dilute%20NaOH.%20Verify%20with%20pH%20meter%20(target%20absorbance%20consistent%20with%20pH%207.0%E2%80%937.2).%20This%20can%20be%20prepared%20at%20a%20larger%20volume%20and%20used%20as%20a%20base%20for%20each%20experiment%20session.%20**This%20is%20the%20reagent%20base.**%0A%20%20%20%205.%20At%20the%20beginning%20of%20each%20experiment%20session%2C%20add%20urease%20to%20a%20small%20portion%20of%20reagent%20base%20to%20achieve%20400%E2%80%93600%20U%2FmL%20in%20the%20final%20reagent%20stream%20(dilutes%20to%20200%E2%80%93300%20U%2FmL%20post-mixing).%0A%0A%20%20%20%20%23%23%20Absorbance%20spectrum%20measurement%0A%0A%20%20%20%20%23%23%23%20Reagent%20preparation%0A%0A%20%20%20%206%2F18%2F26%20-%20Reagents%20from%20above%20were%20used%20to%20make%20samples%20analyzed%20on%20the%20NanoDrop%20ND1000%20spectrophotometer%20as%20follows%3A%0A%0A%20%20%20%20-%200.5ml%20of%20reagent%20base%20plus%20urease%20was%20created%20in%20a%20small%20centrifuge%20tube%20using%20.5ml%20reagent%20base%20and%208mg%20urease%20powder.%20**This%20is%20the%20reagent%20stream.**%0A%20%20%20%20-%2020ul%20of%20reagent%20stream%20added%20to%20each%20of%20eight%20extra%20small%20centrifuge%20tubes%2C%20then%20each%20received%2020ul%20of%20differing%20concentrations%20of%20urea%20sample%20from%200-20%20mM%20(concentrations%20noted%20below%20in%20loaded%20data%20table)%20and%20were%20vortex%20mixed.%20The%20urea%20samples%20were%20created%20with%20the%20buffer%20base.%0A%0A%20%20%20%20%23%23%23%20Nanodrop%20measurements%0A%0A%20%20%20%20-%20The%20NanoDrop%20takes%202%26mu%3Bl%20for%20a%20sample.%202%26mu%3Bl%20of%20water%20is%20used%20first%2C%20then%20a%20%22blank%22%20which%20is%20simply%20the%20blank%20HEPES%20buffer%2C%20then%20each%20concentration%20of%20urea%20sample%20plus%20reagent%20is%20measured%20in%20turn.%20I%20went%20from%20low%20to%20high.%20between%20each%2C%20the%20sensor%20is%20carefully%20dabbed%20off%2C%20water%20is%20dropped%20for%20cleaning%2C%20then%20dabbed%20dry%20again%20before%20the%20next%20sample%20is%20placed.%0A%20%20%20%20-%20Used%20UV-Vis%20measurement%20and%20focused%20on%20HiA%20data%2C%20which%20measures%20the%20absorbance%20of%20a%200.2%20mm%20thick%20aqueous%20sample%20and%20then%20scales%20it%20to%20what%20one%20would%20get%20with%20a%200.1%20mm%20thick%20sample.%0A%20%20%20%20-%20Absorbance%2C%20%24A(%5Clambda)%24%2C%20in%20terms%20of%20sample%20signal%2C%20%24I_%7Bsample%7D(%5Clambda)%24%2C%20and%20blank%20signal%2C%20%20%24I_%7Bblank%7D(%5Clambda)%24%2C%20is%20%24A(%5Clambda)%20%3D%20-%5Clog(I_%7Bsample%7D(%5Clambda))%20%2F%20I_%7Bblank%7D(%5Clambda)%24.%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Load%20spectrum%20data%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20np%2C%20pd)%3A%0A%20%20%20%20import%20sys%0A%20%20%20%20import%20io%0A%20%20%20%20import%20urllib.request%0A%0A%20%20%20%20data_filename%20%3D%20%222026-06-18_Urea_assay_Nanodrop_UV-Vis_HiA.txt%22%0A%20%20%20%20data_path%20%3D%20mo.notebook_location()%20%2F%20%22public%22%20%2F%20data_filename%0A%0A%20%20%20%20if%20sys.platform%20%3D%3D%20%22emscripten%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20WASM%3A%20fetch%20via%20HTTP%20(Pyodide%20patches%20urllib.request)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20data_content%20%3D%20urllib.request.urlopen(str(data_path)).read().decode(%22utf-8%22%2C%20errors%3D%22replace%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20df_raw%20%3D%20pd.read_csv(io.StringIO(data_content)%2C%20sep%3D%22%5Ct%22%2C%20skiprows%3D%5B0%2C%201%2C%203%2C%204%2C%205%5D%2C%20header%3D0)%0A%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20Local%3A%20read%20from%20filesystem%0A%20%20%20%20%20%20%20%20df_raw%20%3D%20pd.read_csv(data_path%2C%20sep%3D%22%5Ct%22%2C%20skiprows%3D%5B0%2C%201%2C%203%2C%204%2C%205%5D%2C%20header%3D0)%0A%0A%20%20%20%20%23%20wavelength%20columns%20start%20after%20the%2010%20metadata%20columns%0A%20%20%20%20meta_cols%20%3D%20%5B%22Sample%20ID%22%2C%20%22Date%22%2C%20%22Time%22%2C%20%22Norm%20nm%22%2C%20%22Norm%20abs%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22Measurement%20Type%22%2C%20%22Serial%20%23%22%2C%20%22Firmware%22%2C%20%22Software%22%2C%20%22Config.%22%5D%0A%20%20%20%20wl_cols%20%3D%20%5Bc%20for%20c%20in%20df_raw.columns%20if%20c%20not%20in%20meta_cols%5D%0A%20%20%20%20wavelengths%20%3D%20np.array(%5Bfloat(w)%20for%20w%20in%20wl_cols%5D)%0A%0A%20%20%20%20%23%20Keep%20only%20Measure%20rows%20(not%20Blank)%0A%20%20%20%20df%20%3D%20df_raw%5Bdf_raw%5B%22Measurement%20Type%22%5D.str.strip()%20%3D%3D%20%22Measure%22%5D.copy()%0A%20%20%20%20df%5B%22Sample%20ID%22%5D%20%3D%20df%5B%22Sample%20ID%22%5D.str.strip()%0A%20%20%20%20df%0A%20%20%20%20return%20df%2C%20wavelengths%2C%20wl_cols%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Measured%20spectra%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(cm_colors%2C%20df%2C%20mo%2C%20np%2C%20plt%2C%20wavelengths%2C%20wl_cols)%3A%0A%20%20%20%20fig%2C%20ax%20%3D%20plt.subplots(figsize%3D(10%2C%206))%0A%0A%20%20%20%20colors%20%3D%20cm_colors.viridis(np.linspace(0%2C%201%2C%20len(df)))%0A%20%20%20%20for%20(_%2C%20row)%2C%20color%20in%20zip(df.iterrows()%2C%20colors)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20spectra%20%3D%20row%5Bwl_cols%5D.astype(float).values%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ax.plot(wavelengths%2C%20spectra%2C%20label%3Drow%5B%22Sample%20ID%22%5D%2C%20color%3Dcolor)%0A%0A%20%20%20%20ax.set_xlabel(%22Wavelength%20(nm)%22)%0A%20%20%20%20ax.set_ylabel(%22Absorbance%22)%0A%20%20%20%20ax.set_title(%22Urea%20Assay%20UV-Vis%20Spectra%22)%0A%20%20%20%20ax.legend(loc%3D%22upper%20right%22%2C%20fontsize%3D9)%0A%20%20%20%20ax.set_xlim(300%2C%20750)%0A%20%20%20%20ax.axvline(430%2C%20color%3D%22gray%22%2C%20ls%3D%22--%22%2C%20lw%3D0.8%2C%20alpha%3D0.7%2C%20label%3D%22_430%20nm%22)%0A%20%20%20%20plt.tight_layout()%0A%20%20%20%20mo.mpl.interactive(fig)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Peak%20wavelength%20and%20absorbance%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(df%2C%20np%2C%20pd%2C%20wavelengths%2C%20wl_cols)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Extract%20peak%20absorbance%20in%20the%20525-600%20nm%20region%20(around%20560%20nm)%0A%20%20%20%20region%20%3D%20(wavelengths%20%3E%3D%20525)%20%26%20(wavelengths%20%3C%3D%20600)%0A%20%20%20%20region_wl_cols%20%3D%20np.array(wl_cols)%5Bregion%5D%0A%0A%20%20%20%20peak_abs%20%3D%20df%5Bregion_wl_cols%5D.astype(float).max(axis%3D1).values%0A%20%20%20%20peak_wl%20%3D%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20wavelengths%5Bregion%5D%5Bdf.loc%5Bidx%2C%20region_wl_cols%5D.astype(float).values.argmax()%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20idx%20in%20df.index%0A%20%20%20%20%5D%0A%0A%20%20%20%20summary%20%3D%20pd.DataFrame(%7B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22Sample%22%3A%20df%5B%22Sample%20ID%22%5D.values%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22Peak%20wavelength%20(nm)%22%3A%20peak_wl%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22Peak%20absorbance%22%3A%20peak_abs.round(4)%2C%0A%20%20%20%20%7D)%0A%20%20%20%20summary%0A%20%20%20%20return%20region%2C%20region_wl_cols%2C%20summary%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20np%2C%20plt%2C%20summary)%3A%0A%20%20%20%20import%20re%0A%0A%20%20%20%20def%20parse_conc(name)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20m%20%3D%20re.search(r'(%5B%5Cd.%5D%2B)%5Cs*mM'%2C%20name.strip()%2C%20re.IGNORECASE)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20float(m.group(1))%20if%20m%20else%200.0%0A%0A%20%20%20%20summary%5B%22Urea%20(mM)%22%5D%20%3D%20%5Bparse_conc(s)%20for%20s%20in%20summary%5B%22Sample%22%5D%5D%0A%0A%20%20%20%20x%20%3D%20summary%5B%22Urea%20(mM)%22%5D.values%0A%20%20%20%20y%20%3D%20summary%5B%22Peak%20absorbance%22%5D.values%0A%20%20%20%20slope%2C%20intercept%20%3D%20np.polyfit(x%2C%20y%2C%201)%0A%20%20%20%20y_pred%20%3D%20slope%20*%20x%20%2B%20intercept%0A%20%20%20%20ss_res%20%3D%20np.sum((y%20-%20y_pred)%20**%202)%0A%20%20%20%20ss_tot%20%3D%20np.sum((y%20-%20y.mean())%20**%202)%0A%20%20%20%20r2%20%3D%201%20-%20ss_res%20%2F%20ss_tot%0A%0A%20%20%20%20x_fit%20%3D%20np.linspace(x.min()%2C%20x.max()%2C%20200)%0A%20%20%20%20y_fit%20%3D%20slope%20*%20x_fit%20%2B%20intercept%0A%0A%20%20%20%20fig2%2C%20ax2%20%3D%20plt.subplots(figsize%3D(7%2C%205))%0A%20%20%20%20ax2.plot(x_fit%2C%20y_fit%2C%20color%3D%22tomato%22%2C%20lw%3D1.5%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20label%3Df%22y%20%3D%20%7Bslope%3A.4f%7Dx%20%2B%20%7Bintercept%3A.4f%7D%5Cn%24R%5E2%24%20%3D%20%7Br2%3A.4f%7D%22)%0A%20%20%20%20ax2.scatter(x%2C%20y%2C%20color%3D%22steelblue%22%2C%20s%3D80%2C%20zorder%3D3)%0A%20%20%20%20for%20_%2C%20r%20in%20summary.iterrows()%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ax2.annotate(r%5B%22Sample%22%5D%2C%20(r%5B%22Urea%20(mM)%22%5D%2C%20r%5B%22Peak%20absorbance%22%5D)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20textcoords%3D%22offset%20points%22%2C%20xytext%3D(4%2C%204)%2C%20fontsize%3D8)%0A%20%20%20%20ax2.set_xlabel(%22Urea%20concentration%20(mM)%22)%0A%20%20%20%20ax2.set_ylabel(%22Peak%20absorbance%20(525%E2%80%93600%20nm)%22)%0A%20%20%20%20ax2.set_title(%22Urea%20Assay%20Calibration%20Curve%20(~560%20nm%20peak)%22)%0A%20%20%20%20ax2.legend()%0A%20%20%20%20ax2.grid(True%2C%20alpha%3D0.3)%0A%20%20%20%20plt.tight_layout()%0A%20%20%20%20mo.mpl.interactive(fig2)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20525-600%20nm%20close-up%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(cm_colors%2C%20df%2C%20mo%2C%20np%2C%20plt%2C%20region%2C%20region_wl_cols%2C%20wavelengths)%3A%0A%20%20%20%20region_wl%20%3D%20wavelengths%5Bregion%5D%0A%20%20%20%20zero_spec%20%3D%20df%5Bdf%5B%22Sample%20ID%22%5D%20%3D%3D%20%220mM%20Urea%22%5D%5Bregion_wl_cols%5D.astype(float).values%5B0%5D%0A%20%20%20%20nonzero_df%20%3D%20df%5Bdf%5B%22Sample%20ID%22%5D%20!%3D%20%220mM%20Urea%22%5D%0A%0A%20%20%20%20fig3%2C%20(ax3%2C%20ax4)%20%3D%20plt.subplots(2%2C%201%2C%20figsize%3D(9%2C%208))%0A%0A%20%20%20%20%23%20Spectra%20525-600%20nm%0A%20%20%20%20all_sp_colors%20%3D%20cm_colors.viridis(np.linspace(0%2C%201%2C%20len(df)))%0A%20%20%20%20for%20(_%2C%20sp)%2C%20sp_c%20in%20zip(df.iterrows()%2C%20all_sp_colors)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ax3.plot(region_wl%2C%20sp%5Bregion_wl_cols%5D.astype(float).values%2C%20color%3Dsp_c%2C%20label%3Dsp%5B%22Sample%20ID%22%5D)%0A%20%20%20%20ax3.set_xlabel(%22Wavelength%20(nm)%22)%0A%20%20%20%20ax3.set_ylabel(%22Absorbance%22)%0A%20%20%20%20ax3.set_title(%22Urea%20Assay%20Spectra%20(525%E2%80%93600%20nm)%22)%0A%20%20%20%20ax3.legend(fontsize%3D8)%0A%20%20%20%20ax3.grid(True%2C%20alpha%3D0.3)%0A%0A%20%20%20%20%23%20Normalized%20by%200%20mM%20urea%20spectrum%0A%20%20%20%20norm_sp_colors%20%3D%20cm_colors.plasma(np.linspace(0.15%2C%200.9%2C%20len(nonzero_df)))%0A%20%20%20%20for%20(_%2C%20sp)%2C%20sp_c%20in%20zip(nonzero_df.iterrows()%2C%20norm_sp_colors)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ax4.plot(region_wl%2C%20sp%5Bregion_wl_cols%5D.astype(float).values%20%2F%20zero_spec%2C%20color%3Dsp_c%2C%20label%3Dsp%5B%22Sample%20ID%22%5D)%0A%20%20%20%20ax4.axhline(1.0%2C%20color%3D%22gray%22%2C%20ls%3D%22--%22%2C%20lw%3D0.8%2C%20alpha%3D0.6)%0A%20%20%20%20ax4.set_xlabel(%22Wavelength%20(nm)%22)%0A%20%20%20%20ax4.set_ylabel(%22Absorbance%20%2F%200%20mM%20urea%22)%0A%20%20%20%20ax4.set_title(%22Spectra%20Normalized%20by%200%20mM%20Urea%20(525%E2%80%93600%20nm)%22)%0A%20%20%20%20ax4.legend(fontsize%3D8)%0A%20%20%20%20ax4.grid(True%2C%20alpha%3D0.3)%0A%0A%20%20%20%20plt.tight_layout()%0A%20%20%20%20mo.mpl.interactive(fig3)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell(hide_code%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(r%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20Integrate%20spectrum%20540-580%20nm%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(df%2C%20mo%2C%20np%2C%20plt%2C%20summary%2C%20wavelengths%2C%20wl_cols)%3A%0A%20%20%20%20auc_mask%20%3D%20(wavelengths%20%3E%3D%20540)%20%26%20(wavelengths%20%3C%3D%20580)%0A%20%20%20%20auc_wl%20%3D%20wavelengths%5Bauc_mask%5D%0A%20%20%20%20auc_cols%20%3D%20np.array(wl_cols)%5Bauc_mask%5D%0A%0A%20%20%20%20auc_values%20%3D%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20np.trapezoid(df.loc%5Bidx%2C%20auc_cols%5D.astype(float).values%2C%20auc_wl)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20idx%20in%20df.index%0A%20%20%20%20%5D%0A%0A%20%20%20%20auc_x%20%3D%20summary%5B%22Urea%20(mM)%22%5D.values%0A%20%20%20%20auc_y%20%3D%20np.array(auc_values)%0A%20%20%20%20auc_slope%2C%20auc_intercept%20%3D%20np.polyfit(auc_x%2C%20auc_y%2C%201)%0A%20%20%20%20auc_y_pred%20%3D%20auc_slope%20*%20auc_x%20%2B%20auc_intercept%0A%20%20%20%20auc_r2%20%3D%201%20-%20np.sum((auc_y%20-%20auc_y_pred)%20**%202)%20%2F%20np.sum((auc_y%20-%20auc_y.mean())%20**%202)%0A%20%20%20%20auc_x_fit%20%3D%20np.linspace(auc_x.min()%2C%20auc_x.max()%2C%20200)%0A%0A%20%20%20%20fig4%2C%20ax5%20%3D%20plt.subplots(figsize%3D(7%2C%205))%0A%20%20%20%20ax5.plot(auc_x_fit%2C%20auc_slope%20*%20auc_x_fit%20%2B%20auc_intercept%2C%20color%3D%22tomato%22%2C%20lw%3D1.5%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20label%3Df%22y%20%3D%20%7Bauc_slope%3A.4f%7Dx%20%2B%20%7Bauc_intercept%3A.4f%7D%5Cn%24R%5E2%24%20%3D%20%7Bauc_r2%3A.4f%7D%22)%0A%20%20%20%20ax5.scatter(auc_x%2C%20auc_y%2C%20color%3D%22steelblue%22%2C%20s%3D80%2C%20zorder%3D3)%0A%20%20%20%20for%20conc%2C%20auc%2C%20label%20in%20zip(auc_x%2C%20auc_y%2C%20summary%5B%22Sample%22%5D.values)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ax5.annotate(label%2C%20(conc%2C%20auc)%2C%20textcoords%3D%22offset%20points%22%2C%20xytext%3D(4%2C%204)%2C%20fontsize%3D8)%0A%20%20%20%20ax5.set_xlabel(%22Urea%20concentration%20(mM)%22)%0A%20%20%20%20ax5.set_ylabel(%22Integrated%20absorbance%20(540%E2%80%93580%20nm)%22)%0A%20%20%20%20ax5.set_title(%22Area%20Under%20Curve%20(540%E2%80%93580%20nm)%20vs%20Urea%20Concentration%22)%0A%20%20%20%20ax5.legend()%0A%20%20%20%20ax5.grid(True%2C%20alpha%3D0.3)%0A%20%20%20%20plt.tight_layout()%0A%20%20%20%20mo.mpl.interactive(fig4)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20app.run()%0A