基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法及系统，方法包括：将待测样品固定于精密位移装置，待测样品包括含有待测分子和纳米探针的载玻片，纳米探针包括氮空位色心的纳米金刚石探针；利用共聚焦显微装置激发纳米探针的电子状态；利用精密位移装置上的辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信号辐射到纳米探针处，使得纳米探针与待测分子发生共振以产生荧光信号；通过共聚焦显微装置收集荧光信号；利用荧光信号处理系统处理荧光信号，得到待测分子的分子信息。本发明专利技术通过对纳米探针施加了幅度调制微波，使纳米探针与目标自旋的共振条件不再依赖角度，避免了探针运动导致的谱线展宽和畸变问题。探针运动导致的谱线展宽和畸变问题。探针运动导致的谱线展宽和畸变问题。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及磁共振测量
，具体涉及一种基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法及系统。

技术介绍

[0002]光探测磁共振（ODMR）是一种基于光学手段的电子自旋磁共振技术，通过该技术可以对晶体缺陷的电子自旋进行光学泵浦以实现初始化和读出。氮空位（Nitrogen
‑
Vacancy）色心简称NV色心是一种金刚石体内的缺陷结构，具有良好稳定的光学性质。
[0003]金刚石NV色心中间的电子自旋可以通过光探测磁共振技术进行操控，通过探测金刚石NV色心荧光强度来获得电子所处的自旋状态，利用电子单自旋体系对磁信号的敏感性，从而获得电子顺磁共振谱，及外界环境的相关属性。
[0004]基于金刚石NV色心的光探测磁共振技术已经被广泛应用于弱磁测量、磁成像、量子传感、磁力计等方面。
[0005]基于金刚石NV色心的光探测磁共振技术的应用中，电子顺磁共振无疑是一大亮点。电子顺磁共振技术本身经过了长期的发展，较为成熟，且应用范围广泛，只要待测样品中存在非成对电子，就可以用电子顺磁共振谱学对其能级结构、分子动力学信息进行分析。
[0006]若要基于金刚石NV色心探针实现生理原位的微观电子顺磁共振测量，那么作为探针载体的金刚石就必须足够小，即纳米金刚石。但纳米金刚石在细胞内的生理条件下可能发生转动，其中的NV色心的量子化轴也将变化，这导致现有的电子顺磁共振手段难以对其进行操控。其次，纳米金刚石中纳米探针的相干时间较短，这限制了纳米金刚石中纳米探针的测磁灵敏度，导致难以实际应用在电子顺磁共振测量中。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术提出了一种基于纳米金刚石中氮空位色心的电子顺磁共振测量方法及系统，使氮空位色心探针与目标自旋的共振条件不再依赖角度，避免了运动导致的谱线展宽和畸变问题。同时将相干检测转变成弛豫检测，在一定程度上解决了纳米金刚石中氮空位色心探针的相干性质对其在电子顺磁共振探测中应用的限制。
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法，包括：将待测样品固定于精密位移装置，上述待测样品包括含有待测分子和纳米探针的载玻片，上述纳米探针包括氮空位色心的纳米金刚石探针；利用共聚焦显微装置激发上述纳米探针的电子状态；利用上述精密位移装置上的辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信号辐射到上述纳米探针处，使得上述纳米探针与上述待测分子发生共振以产生荧光信号；通过上述共聚焦显微装置收集上述荧光信号；利用荧光信号处理系统处理上述荧光信号，得到上述待测分子的分子信息。
[0009]根据本专利技术的实施例，上述利用共聚焦显微装置激发上述纳米探针的电子状态包括：利用上述共聚焦显微装置发射激光激发上述纳米探针的上述氮空位色心的电子状态，使上述纳米探针在基态与激发态之间跃迁。
[0010]根据本专利技术的实施例，上述利用上述精密位移装置上的辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信号辐射到上述纳米探针处，使得上述纳米探针与上述待测分子发生共振产生荧光信号，包括：利用上述微波系统对上述待测样品施加操控微波，形成与上述纳米探针的上述氮空位色心的共振的上述操控微波场；在上述操控微波场的幅度上施加预设周期的调制信号，以便上述纳米探针的能级形成以上述预设周期为间隔的离散化能级边带；通过改变调制信号频率，操控上述离散化能级边带，使上述纳米探针能级与上述待测分子的自旋能级匹配，发生共振，以产生上述荧光信号。
[0011]根据本专利技术的实施例，通过上述利用荧光信号处理系统处理上述荧光信号，得到上述待测分子的分子信息包括：利用荧光信号处理系统将多个上述荧光信号进行累加，得到电子顺磁共振谱；通过分析上述电子顺磁共振谱，得到上述待测分子的分子信息。
[0012]根据本专利技术的实施例，上述分子信息包括分子能级信息和分子种类信息，上述通过分析上述电子顺磁共振谱，得到上述待测分子的分子信息，包括：根据上述电子顺磁共振谱的谱线特征确定的上述待测分子的分子能级信息和上述待测分子的分子种类信息。
[0013]根据本专利技术的实施例，上述分子信息包括分子运动信息，上述利用荧光信号处理系统处理上述荧光信号，得到上述待测分子的分子信息，包括：利用上述荧光信号处理系统扫描上述荧光信号，获取上述待测分子在生理原位条件的谱线增宽信息；根据上述谱线增宽信息，确定上述待测分子的分子运动信息。
[0014]根据本专利技术的实施例，上述预设幅度调制信号包括按照幅度调制测量序列施加的预设周期的调制微波场形成的微波信号。
[0015]根据本专利技术的实施例，上述待测样品的制备方法包括以下任意一种：将上述待测分子的分散液涂抹在有上述纳米探针的载玻片上，得到上述待测样品；将上述待测分子的分散液涂抹在键合了长链分子的上述纳米探针的载波片上，得到上述待测样品；将上述纳米探针分散在上述待测分子的分散液中，涂抹在载玻片上；得到上述待测样品。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测系统，包括：精密位移装置，包括辐射组件，上述精密位移装置用于固定调节待测样品的位置定位上述待测样品中的纳米探针，并通过上述辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信
号辐射到上述纳米探针处，使得上述纳米探针与待测分子发生共振以产生荧光信号；共聚焦显微装置，用于激发上述纳米探针的电子状态，并收集上述荧光信号；微波系统，用于发出上述预设幅度调制信号；荧光信号处理系统，用于处理上述荧光信号，得到上述待测分子的分子信息。
[0017]根据本专利技术的实施例，上述荧光信号处理系统包括荧光信号收集探测组件，用于处理上述荧光信号，得到上述待测分子的分子信息。
[0018]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法及系统具有以下有益效果：本专利技术提供的基于纳米金刚石中氮空位色心探针的微观尺度电子顺磁共振检测分子信息的方法，通过在零外磁场下对目前实际应用中可能会发生移动或转动的纳米金刚石施加了幅度调制微波，使具有氮空位色心的金刚石纳米探针与目标自旋的共振条件不再依赖角度，避免了运动导致的谱线展宽和畸变问题。同时将相干检测转变成弛豫检测，部分地解决了纳米探针的相干性质对其在电子顺磁共振探测中应用的限制。
[0019]本专利技术提供的基于纳米探针顺磁共振的分子信息检测方法为具有氮空位色心的金刚石纳米探针进入活细胞，在生理原位条件下进行微观尺度电子顺磁共振探测，获取原位生化反应或分子运动信息提供了一种可能的解决方案。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测的流程图；图2为本专利技术实施例基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例待测样品放置示意图；图4为本专利技术实施例预设幅度调制信号的幅度调制序列测量时序图；图5为本专利技术实施例单个纳米探针的拉比振荡模拟图；图6为本专利技术实施例纳米探针检测氧钒离子的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米金刚石探针顺磁共振的分子信息检测方法，其特征在于，包括：将待测样品固定于精密位移装置，所述待测样品包括含有待测分子和纳米探针的载玻片，所述纳米探针包括氮空位色心的纳米金刚石探针；利用共聚焦显微装置激发所述纳米探针的电子状态；利用所述精密位移装置上的辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信号辐射到所述纳米探针处，使得所述纳米探针与所述待测分子发生共振以产生荧光信号；通过所述共聚焦显微装置收集所述荧光信号；利用荧光信号处理系统处理所述荧光信号，得到所述待测分子的分子信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用共聚焦显微装置激发所述纳米探针的电子状态包括：利用所述共聚焦显微装置发射激光激发所述纳米探针的所述氮空位色心的电子状态，使所述纳米探针在基态与激发态之间跃迁。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述精密位移装置上的辐射组件将微波系统发出的预设幅度调制信号辐射到所述纳米探针处，使得所述纳米探针与所述待测分子发生共振产生荧光信号，包括：利用所述微波系统对所述待测样品施加操控微波，形成与所述纳米探针的所述氮空位色心的共振的所述操控微波场；在所述操控微波场的幅度上施加预设周期的调制信号，以便所述纳米探针的能级形成以所述预设周期为间隔的离散化能级边带；通过改变调制信号频率，操控所述离散化能级边带，使所述纳米探针能级与所述待测分子的自旋能级匹配，发生共振，以产生所述荧光信号。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述利用荧光信号处理系统处理所述荧光信号，得到所述待测分子的分子信息包括：利用荧光信号处理系统将多个所述荧光信号进行累加，得到电子顺磁共振谱；通过分析所述电子顺磁共振谱，得到所述待测分子的分子信息。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分子信息包括分子能级信息和分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦卓杨，王哲成，赵鹏举，孔飞，石发展，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：