基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪制造技术

本发明专利技术提供了一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，它包括测量端、接收端、分析端、激光光照系统和微波系统；测量端为采用多个金刚石纳米颗粒构造的具有多组NV色心的设备端，用于对真皮层的葡萄糖分子进行探测；所述接收端中设置与测量端中的多组NV色心建立量子纠缠态的等量NV量子位；所述微波系统用于实现对NV量子位的初始化；激光光照系统用于将NV色心初始化到0态；分析端内置处理器模块、信号分析系统、单光子探测器(APD)和显示设备，用于对接收端中多个NV量子位进行非破坏测量，将该变化数据转化为血糖数据，并通过显示设备进行显示。该血糖仪具有无创检测、可以连续检测、检测精度高、稳定性可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪
本专利技术涉及医疗设备领域，具体的说，涉及了一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪。
技术介绍
目前市面上的血糖仪分为光电式和电极式，虽原理不同，但是都需要直接与血液接触，也就需要采血作业，对于病患存在一定的身体压力。金刚石NV色心是金刚石的C晶体中由一个N原子替换掉一个C原子并且和一个空位形成一个多能级系统，从而成为一个量子位的载体。这一NV色心量子位受到弱磁场作用后会发出荧光。磁测量技术相对于传统的磁测量技术,例如霍尔效应传感器、超导量子干涉仪、磁力显微镜等具有诸多优势:工作温度覆盖亚开尔文到600开尔文,空间分辨率能够达到亚纳米,灵敏度达到纳特斯拉级别,同时对样品本身磁场没有任何侵扰。近年来，对弱磁信号进行纳米级分辨率、高灵敏度磁测量得到了快速发展。基于金刚石NV扫描探针的磁测量已可以达到原子级空间分辨率。中国科学技术大学提出了一种基于NV的单电子自旋量子传感器，可以用于测量20微米以内的电子与核子作用模式。2019年，麻省理工学院利用CMOS技术，将微波发生器、光学滤波器和光电探测器封装于200μmX200μm的范围内，实现了在芯片上集成对NV进行测量和控制的基本组件。但由于在小尺度中集成组件的噪音影响，这一器件的测试精度为３２．１μＴ√Ｈｚ。人们还没有找到一种芯片级集成并保持高精度的解决方案。因此，金刚石NV色心经常被应用于量子精密测量领域，本申请基于人体和金刚石NV色心的特点，应用于血糖检测中，以通过无创伤的方式解决血糖连续检测的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种无创检测、连续监测、灵敏度高、稳定性可靠的基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，它包括基于NV色心构建的测量端、基于NV色心构造的接收端、分析端、激光光照系统和微波系统；所述的测量端为采用多个金刚石纳米颗粒构造的具有多组NV色心的设备端，每个金刚石纳米颗粒上配置一组NV色心，用于对真皮层的葡萄糖分子进行探测；所述接收端中设置与测量端中的多组NV色心建立量子纠缠态的等量NV量子位，测量端通过量子纠缠态将信息传递到接收端；所述微波系统集成于测量端，或集成于分析端并通过无线方式作用于测量端，用于实现对NV量子位的初始化；所述激光光照系统集成于测量端，或集成于分析端并通过光纤与测量端连接，用于将NV色心初始化到0态；所述分析端内置处理器模块、信号分析系统、单光子探测器(APD)和显示设备，所述处理器模块通过单光子探测器(APD)和信号分析系统连接接收端，用于对接收端中多个NV量子位进行非破坏测量，进而获取实时的变化数据，处理器模块调用数据库中的对照数据，将该变化数据转化为血糖数据，并通过显示设备进行显示。基上所述，所述NV色心贴近金刚石纳米颗粒的表面。基上所述，同组的多个NV色心以紧密排列的阵列布置，构成NV探针，以使NV探针在生物磁场作用下经历同样的相位积累。基上所述，将测量端贴近待测皮肤，测得1~20μm范围内小分子的电子与核子作用模式信息，以及质子自旋信息，测量端获得该信息后将该信息实时传递到接收端，接收端再通过信号分析系统和单光子探测器(APD)发送给处理器模块，处理器模块采用经典的计算机模式的识别方式对信号进行分析，并识别出葡萄糖分子的电子与核子作用模式，对葡萄糖分子计数。基上所述，所述测量端为集成多组NV色心的可穿戴设备。基上所述，接收端的等量NV量子位产生的荧光光子信息采用单光子探测器(APD)收集，以实现对NV自旋态的光读出。基上所述，所述测量端有至少两个，所述接收端设置有分别对应至少两个测量端的接收单元。基上所述，所述测量端和接收端之间的联系纠缠态设定为I00>+I11>。本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术采用金刚石NV色心特有的三重态特性和受弱磁场干扰的特性，通过激光光照系统将多个NV调制到0态，并由纠缠制备系统控制的微波发生器将测量端和接收端的同等数量的NV调制到GHZ量子纠缠态，由于量子纠缠态设定为相同的I00...0>+I11...1>,即可穿戴设备上的量子位与分析仪上的纠缠量子位在任一瞬间处于同一相位，通过信号分析系统和单光子探测器（APD）对接收端上多个量子位进行非破坏测量，即可连续得到人的血糖状态，进行无创血糖测量。具体的，测量端通过电子顺磁共振，以及对核子（质子）自旋信息的探测，可以获得长程的葡萄糖分子结构信息，当用于调制的微波达到高频时，可获得纳秒尺度的分子动力学信息。通过NV纠缠量子位的状态传递，在分析端对NV量子位的状态进行非破坏性测量，可获得高空间分辨率的葡萄糖分子的结构特异性信息，结合储备的数据库数据，对照匹配到相应的情形，从而可以识别出单个葡萄糖分子，并对葡萄糖分子进行计数，进而根据皮肤组织液中葡萄糖分子浓度与血液中的葡萄糖浓度的相关性，可以获得人体血糖浓度信息。由于量子纠缠态测量精度高于单个量子位测量，因而本申请提出的无创测量，从原理上能够达到海森伯极限。本专利技术采用基于金刚石纳米颗粒的NV色心，体积小造价可控，适宜于制造便携式无创血糖仪。本专利技术采用将测量端、接收端和分析端分开的方案，一方面尽量减少测量端的设备数量，以方便佩戴，同时可以减少分析仪器对测量端的噪声干扰，以提高测量端的灵敏度。附图说明图1是本专利技术中基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪的原理图。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，它包括基于NV色心构建的测量端、基于NV色心构造的接收端、分析端、激光光照系统和微波系统；本实施例的测量端设计为手环形式，手环上采用多个金刚石纳米颗粒构造的具有多组NV色心的设备端，每个金刚石纳米颗粒上配置一组NV色心，作为监测终端。本实施例中，采用三个NV色心构成一组，所述NV色心贴近金刚石纳米颗粒的表面，可测得1~20μm范围内小分子的电子与核子作用模式信息，即用于对真皮层的葡萄糖分子进行探测。为了避免同组的3个NV色心过于分散导致对同一空间内的磁场检测产生不同的变化，同组的多个NV色心以紧密排列的阵列布置，构成NV探针，以使NV探针在生物磁场作用下经历同样的相位积累。所述接收端中设置与测量端中的多组NV色心建立量子纠缠态的等量NV量子位，测量端通过量子纠缠态将信息传递到接收端；所述测量端和接收端之间的联系纠缠态设定为I00>+I11>。所述微波系统集成于测量端，或集成于分析端并通过无线方式作用于测量端，用于实现对NV量子位的初始化；所述激光光照系统集成于测量端，或集成于分析端并通过光纤与测量端连接，用于将NV色心初始化到0态。所述分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，其特征在于：它包括基于NV色心构建的测量端、基于NV色心构造的接收端、分析端、激光光照系统和微波系统；/n所述的测量端为采用多个金刚石纳米颗粒构造的具有多组NV色心的设备端，每个金刚石纳米颗粒上配置一组NV色心，用于对真皮层的葡萄糖分子进行探测；/n所述接收端中设置与测量端中的多组NV色心建立量子纠缠态的等量NV量子位，测量端通过量子纠缠态将信息传递到接收端；/n所述微波系统集成于测量端，或集成于分析端并通过无线方式作用于测量端，用于实现对NV量子位的初始化；/n所述激光光照系统集成于测量端，或集成于分析端并通过光纤与测量端连接，用于将NV色心初始化到 0 态；/n所述分析端内置处理器模块、信号分析系统、单光子探测器(APD)和显示设备，所述处理器模块通过单光子探测器(APD)和信号分析系统连接接收端，用于对接收端中多个NV量子位进行非破坏测量，进而获取实时的变化数据，处理器模块调用数据库中的对照数据，将该变化数据转化为血糖数据，并通过显示设备进行显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，其特征在于：它包括基于NV色心构建的测量端、基于NV色心构造的接收端、分析端、激光光照系统和微波系统；
所述的测量端为采用多个金刚石纳米颗粒构造的具有多组NV色心的设备端，每个金刚石纳米颗粒上配置一组NV色心，用于对真皮层的葡萄糖分子进行探测；
所述接收端中设置与测量端中的多组NV色心建立量子纠缠态的等量NV量子位，测量端通过量子纠缠态将信息传递到接收端；
所述微波系统集成于测量端，或集成于分析端并通过无线方式作用于测量端，用于实现对NV量子位的初始化；
所述激光光照系统集成于测量端，或集成于分析端并通过光纤与测量端连接，用于将NV色心初始化到0态；
所述分析端内置处理器模块、信号分析系统、单光子探测器(APD)和显示设备，所述处理器模块通过单光子探测器(APD)和信号分析系统连接接收端，用于对接收端中多个NV量子位进行非破坏测量，进而获取实时的变化数据，处理器模块调用数据库中的对照数据，将该变化数据转化为血糖数据，并通过显示设备进行显示。


2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，其特征在于：所述NV色心贴近金刚石纳米颗粒的表面。


3.根据权利要求1或2所述的基于金刚石NV色心的无创量子血糖仪，其特征在于：同组的多个NV...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国游，寇庆民，李立国，
申请(专利权)人：河南五方合创建筑设计有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41