实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置及测量方法，包括激光器、分束镜、汇聚透镜、抛物面镜、滤光镜、1/4波片、延时器、斩波器、滤波器、锁相放大器、太赫兹产生晶体、太赫兹感应晶体、光电探头等。激光器发出的激光通过分束镜分成泵浦和探测两束激光，泵浦光通过太赫兹产生晶体产生太赫兹波谱并与待测的生物分子样品相互作用，探测光通过延时器延时后与太赫兹波同步并共同汇聚到太赫兹感应晶体，光电探头可对来自太赫兹感应晶体的载波信号进行分析并解析出其中的生物样品信息。本发明专利技术可应用于食品安全检测、生物样品检测等领域，具有安全、快速、无损等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置及其测量方法，适用于食品安全检测、生物样品检测等领域，能够批量、准确、快速、非接触式、非破坏性地实时监测生物样品的成分和含量等信息。
技术介绍
太赫兹波是一种介于微波和红外之间的辐射频率范围为0.1-10THz、波长为3mm-30um的电磁波。在电子学领域里，这种波段的电磁波被称为毫米波及亚毫米波，而在光学领域里，它则被称为远红外射线。透过物质发出的太赫兹波谱包含着非常丰富的物理和化学信息，研究物质在该波段的波谱对于物质结构的探索具有重要的意义。与传统光源相比，太赫兹波谱具有很多独特的性质，例如瞬态性、低能性、宽带性、相干性等，以及对很多极性物质的穿透力强和对极性分子有强烈的吸收性等，因此它在基础研究领域、医学领域、工业领域、军事领域及生物领域中具有非常重要的应用前景。太赫兹波谱技术是一种新兴的、高效的相干探测技术，由于许多极性大分子在振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁正好处于太赫兹波谱范围，甚至在太赫兹频段存在大量的DNA分子主链间的受激本征共振，因此生物分子的太赫兹波谱可以反映由分子内或分子间集体振动和晶格振动引起的低频振动模的本征特性。此外，在吸收波谱中观察的集体振动模式由整个分子的构形和构象决定，反映出分子与环境之间的相互作用，因此太赫兹波谱还可以为分子的构形和构象提供了直接的特征谱。总之，太赫兹相干辐射具有较低的光子能量，在进行样品探测时不会产生有害的光致电离，是一种行之有效的无损探测方法，可应用于生物分子构象研究、基因结构鉴定及同质异构体鉴别等方面。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供了一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置及其测量方法，利用了生物分子的振动频率和转动频率均处在太赫兹波谱范围且与太赫兹波相互作用可产生共振反应，从而快速灵敏地监测出生物分子的成分和含量。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，包括激光器、分束镜、太赫兹波谱产生装置、探测光传输装置、太赫兹波谱探测光混合装置、分光分析装置、对比光束传输装置和锁相放大器，所述激光器产生的激光通过分束镜分束，所述太赫兹波谱产生装置和探测光传输装置均与分束镜相邻，所述太赫兹波谱探测光混合装置位于太赫兹波谱产生装置和探测管传输装置之间，所述分光分析装置位于太赫兹波谱探测光混合装置之后，所述对比光束传输装置位于分光分析装置和锁相放大器之间。所述太赫兹波谱产生装置包括并列设置的斩波器、滤光镜一、汇聚透镜一和太赫兹产生晶体，所述的斩波器与分束镜相邻，所述太赫兹产生晶体的上方设有抛物面镜一和抛物面镜二，所述的抛物面镜一和抛物面镜二之间为待测生物样品。所述的探测光传输装置包括并列设置的延时器和汇聚透镜二，所述的延时器与分束镜相邻，所述的汇聚透镜二与太赫兹波谱探测光混合装置相邻。所述的太赫兹波谱探测光混合装置包括抛物面镜三，所述的抛物面镜三位于抛物面镜二的下方，且抛物面镜二和抛物面镜三之间设有滤波器。所述的分光分析装置包括并列设置的太赫兹感应晶体、1/4波片、汇聚透镜三和分光镜，所述的太赫兹感应晶体与抛物面镜三相邻。所述的对比光束传输装置包括并列设置的滤光镜二和滤光镜三，所述滤光镜二和滤光镜三均位于分光镜的一侧，所述滤光镜二的一侧设有光电探头一，所述光电探头一通过光电探头数据线一与锁相放大器连接，所述滤光镜三的一侧设有光电探头二，所述光电探头二通过光电探头数据线二与锁相放大器连接。所述的锁相放大器通过斩波器控制线与斩波器连接。所述的延时器两个角度互为直角的全反镜组成。一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置的测量方法，包括以下步骤：（1）激光器输出的激光经分束镜分成泵浦光和探测光；（2）泵浦光经斩波器和滤光镜一后，再由汇聚透镜一汇聚到太赫兹产生晶体上，产生的太赫兹波谱经由抛物面镜一收集，然后与待测生物样品相互作用并透射，再经由抛物面镜二汇聚穿过滤波器，并由抛物面镜三收集信号，并反射汇聚到太赫兹感应晶体上；（3）探测光经过延时器和汇聚透镜二后，穿过抛物面镜三，实现与太赫兹波谱同步并共同汇聚到太赫兹感应晶体上；（4）载有生物样品信息的光信号经过太赫兹感应晶体和1/4波片的调制后，被分光镜分光并进行对比分析；（5）从分光镜输出的两路对比光束分别经由滤光镜二和滤光镜三后，被光电探头一和光电探头二分别接受，并通过光电探头数据线一和光电探头数据线二传送到锁相放大器上；（6）锁相放大器对载有生物样品信息的载波信号进行分析对比，通过提取光谱信息中的时间延迟、折射率、吸收系数和吸收峰等信息，利用这些参数信息解析出生物样品的成分和含量。本专利技术利用了生物分子的振动频率和转动频率均处在太赫兹波谱范围，且与太赫兹波相互作用可产生共振反应，从而快速灵敏地监测出生物分子的成分和含量。其中激光器发出的激光通过分束镜分成泵浦和探测两束激光，泵浦光通过太赫兹产生晶体产生太赫兹波谱，并与待测的生物分子样品相互作用，探测光通过延时器延时后与太赫兹波同步，并共同汇聚到太赫兹感应晶体，而光电探头可对来自太赫兹感应晶体的载波信号进行分析，并解析出其中的生物样品信息。本专利技术选择了高精度、大孔径和低频信号采集能力强的抛物面镜，这是因为太赫兹波谱是类似高斯光束，是一种发散的波谱，只有使用高精度、大孔径和低频信号采集能力强的抛物面反射镜才能有效收集光谱；利用斩波器和锁相放大器对信号噪声进行控制，大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比，提高了检测灵敏度，实现了弱信号的有效探测；利用滤波器对不同频域的信号进行选择性透过，祛除了繁琐庞杂的无效信号，实现了信号提取的针对性；利用滤光器对光信号强度进行选择性调制，提高了信号的对比度，实现了信号对比的有效分析。本专利技术可应用于食品安全检测、生物样品检测等领域，具有安全、快速、无损等特点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为实施例1的结构示意图；图3为实施例1的时域波谱图；图4为实施例1分析得到的频域波谱图；其中，1为激光器、2为分束镜、3为延时器、4为汇聚透镜二、5为斩波器、6为滤光镜一、7为汇聚透镜一、8为太赫兹产生晶体、9为抛物面镜一、10为抛物面镜二、11为滤波器、12为抛物面镜三、13为太赫兹感应晶体、14为1/4波片、15为汇聚透镜三、16为分光镜、17为滤光镜二、18为滤光镜三、19为光电探头一、20为光电探头二、21为锁相放大器、22为斩波器控制线、23为光电探头数据线一、24为光电探头数据线二、25为待测生物样品、26为激光、27是泵浦光、28为探测光、29为太赫兹波谱、30为电脑、31为延时器控制线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，包括激光器1、分束镜2、太赫兹波谱产生装置、探测光传输装置、太赫兹波谱探测光混合装置、分光分析装置、对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：包括激光器、分束镜、太赫兹波谱产生装置、探测光传输装置、太赫兹波谱探测光混合装置、分光分析装置、对比光束传输装置和锁相放大器，所述激光器产生的激光通过分束镜分束，所述太赫兹波谱产生装置和探测光传输装置均与分束镜相邻，所述太赫兹波谱探测光混合装置位于太赫兹波谱产生装置和探测管传输装置之间，所述分光分析装置位于太赫兹波谱探测光混合装置之后，所述对比光束传输装置位于分光分析装置和锁相放大器之间。

【技术特征摘要】
1.一种实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：包括激光器、分束镜、太赫兹波谱产生装置、探测光传输装置、太赫兹波谱探测光混合装置、分光分析装置、对比光束传输装置和锁相放大器，所述激光器产生的激光通过分束镜分束，所述太赫兹波谱产生装置和探测光传输装置均与分束镜相邻，所述太赫兹波谱探测光混合装置位于太赫兹波谱产生装置和探测管传输装置之间，所述分光分析装置位于太赫兹波谱探测光混合装置之后，所述对比光束传输装置位于分光分析装置和锁相放大器之间。
2.如权利要求1所述实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：所述太赫兹波谱产生装置包括并列设置的斩波器、滤光镜一、汇聚透镜一和太赫兹产生晶体，所述的斩波器与分束镜相邻，所述太赫兹产生晶体的上方设有抛物面镜一和抛物面镜二，所述的抛物面镜一和抛物面镜二之间为待测生物样品。
3.如权利要求1所述实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：所述的探测光传输装置包括并列设置的延时器和汇聚透镜二，所述的延时器与分束镜相邻，所述的汇聚透镜二与太赫兹波谱探测光混合装置相邻。
4.如权利要求2所述实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：所述的太赫兹波谱探测光混合装置包括抛物面镜三，所述的抛物面镜三位于抛物面镜二的下方，且抛物面镜二和抛物面镜三之间设有滤波器。
5.如权利要求4所述实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：所述的分光分析装置包括并列设置的太赫兹感应晶体、1/4波片、汇聚透镜三和分光镜，所述的太赫兹感应晶体与抛物面镜三相邻。
6.如权利要求5所述实时监测生物分子成分和含量的太赫兹装置，其特征在于：所述的对比光束传输装...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉鹏飞，郁慧珍，俞军，段艳敏，朱海永，王艳伟，于永丽，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33