一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统及方法，包括电源模块、开关控制模块、显微镜模块、生物检测模块和终端设备；显微镜模块包括相机、单波长激光器和荧光镜头；生物检测模块包括侧流层析纸基传感器、传感器固定模块和电磁铁；开关控制模块包括波形产生模块和功率放大模块；相机下设置有单波长激光器；单波长激光器下设置有荧光镜头；荧光镜头的下方设置有侧流层析纸基传感器；侧流层析纸基传感器固定在传感器固定模块上；传感器固定模块内有空腔；空腔内固定有电磁铁；电磁铁连接功率放大模块；功率放大模块连接波形产生模块；终端设备连接相机。本发明专利技术检测成本低、操作简捷、灵敏度高、实用性强以及检测速度快。实用性强以及检测速度快。实用性强以及检测速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统及方法


[0001]本专利技术属于生物检测领域，尤其涉及一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统及方法。

技术介绍

[0002]荧光纳米金刚石是粒径在1nm～100nm范围内的金刚石，具有良好的生物相容性、低细胞毒性和荧光但无光致漂白等特性。这些优良的生物学特性、化学惰性及它表面基团的可修饰性，使它被广泛应用于生物医学、生物成像、生物传感等领域。此外，荧光纳米金刚石具有氮空位缺陷，其内部的一个碳原子被氮原子所取代，替换后的氮原子与相邻的空穴共同组成氮空位色心。氮空位色心的基态三重态在不加磁场的条件下自然劈裂成能级差为2.87GHz的m
s
＝0和m
s
＝
±
1的两个能级，在施加磁场的条件下，m
s
＝
±
1劈裂成m
s
＝+1和m
s
＝
‑
1。当开启532nm的激发光照射时，布居在基态的电子会跃迁至激发态的相应能级，由于激发态不稳定，电子会跃迁回基态，激发态m
s
＝0上的电子跃迁回基态的过程中会产生较强的荧光，而绝大多数激发态m
s
＝
±
1上的电子跃迁回基态时会先经过暗态，再由暗态跃迁回基态，这个过程几乎不会产生荧光。在连续的激发光照射下，不开启磁场时，荧光纳米金刚石会产生较强的荧光，开启磁场时，激发态的能级会产生混合，大部分电子经过暗态跃迁回基态，因此相对于不开启磁场时荧光纳米金刚石的荧光会减弱。利用这个原理，可以通过对荧光纳米金刚石施加磁场来调制荧光纳米金刚石的荧光，对采集的荧光图像进行傅里叶变换，提取与调制频率相同频率处的荧光信号，可以将荧光纳米金刚石的荧光从侧流层析纸基传感器的背景中分离出来，从而实现待检测物质浓度的表征。
[0003]在现有的利用荧光纳米金刚石进行生物检测的研究中，主要是通过ODMR(光探测核磁共振法)，整个检测系统包括单波长激光器、斩波器、微带谐振天线或PCB天线、皮秒级开关、微波信号产生器、射频信号产生器、同步控制系统等部分，系统设计往往比较复杂，成本高，且无法实现一些特殊的检测需求，需要通过简化荧光调制系统以降低成本和复杂度，进一步扩大其应用范围。
[0004]现阶段对荧光纳米金刚石的研究集中在提高荧光纳米金刚石氮空位色心的磁场探测灵敏度方面，且针对的是固体荧光纳米金刚石，无法将其应用到生物医学领域。因此有必要寻找一种方法简单、检测快捷、成本低廉、结果准确的检测方法，搭建一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统，以实现生物分子，如HIV病毒、新冠病毒的超灵敏检测，这种超灵敏的量子诊断方法有希望实现疾病的早期诊断和预防，造福患者和人群。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统及方法。本专利技术解决了目前荧光纳米金刚石调控系统复杂，需要搭建特殊检测平台，成本高且检测不方便，无法进一步拓展应用的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种荧光纳米金刚石磁调制检测系
统，包括电源模块、开关控制模块、显微镜模块、生物检测模块和终端设备；所述显微镜模块包括相机、单波长激光器和荧光镜头；所述生物检测模块包括侧流层析纸基传感器、传感器固定模块和电磁铁；所述开关控制模块包括波形产生模块和功率放大模块；所述相机下设置有单波长激光器；所述单波长激光器下设置有荧光镜头；所述荧光镜头的下方设置有侧流层析纸基传感器；所述侧流层析纸基传感器固定在传感器固定模块上；所述传感器固定模块内设有空腔；所述空腔内固定有电磁铁；所述电磁铁连接功率放大模块；所述功率放大模块连接波形产生模块；所述终端设备连接相机。
[0007]进一步地，所述电源模块包括交流电和可调直流电；所述交流电连接显微镜模块中的相机和单波长激光器供电；所述可调直流电连接开关控制模块中的波形产生模块和功率放大模块。
[0008]进一步地，所述采样率为0.01
‑
100Hz可调，采样时间为0
‑
240s可调。
[0009]进一步地，所述所述单波长激光器产生的激光为532
‑
556nm的绿色激光。
[0010]进一步地，所述侧流层析纸基传感器包括样品垫、结合垫、NC膜、吸水垫和PVC底板；所述PVC底板上设置有样品垫、结合垫、NC膜和吸水垫；所述吸水垫的一侧压着NC膜的一侧边；所述NC膜的另一侧边被结合垫的一侧压着；所述结合垫的另一侧边被样品垫压着；所述样品垫位于PVC底板的一端；所述PVC底板的另一端设有吸水垫。
[0011]一种基于权利要求1所述系统的荧光纳米金刚石磁调制检测方法，包括以下步骤：
[0012](1)在侧流层析纸基传感器上加样；
[0013](2)开启电源模块，开关控制模块和显微镜模块初始化，开启相机和单波长激光器，单波长激光器发射绿色激光至生物检测模块中的侧流层析纸基传感器上，对侧流层析纸基传感器上的荧光纳米金刚石进行极化；
[0014](3)开启波形发生模块，波形产生模块产生频率和占空比可调的正弦波、三角波或方波信号，经过功率放大模块，将放大电流后的信号传输给电磁铁；
[0015](4)通过终端设备设置相机的采样率和采样时间；
[0016](5)相机将荧光图像传输给终端设备；
[0017](6)终端设备接收相机采集到的荧光图像，提取与开关控制模块中调制频率相同频率处的交流信号幅值，并在上位机界面显示交流信号幅值和被测生物分子浓度。
[0018]进一步地，所述步骤(1)中的加样具体为：在侧流层析纸基传感器的样品垫上加入被测生物，在结合垫上加入标记有荧光纳米金刚石的检测抗体，在NC膜上加入捕获抗体和抗
‑
抗体。
[0019]进一步地，所述采样率为0.01
‑
100Hz可调，采样时间为0
‑
240s可调。
[0020]进一步地，所述单波长激光器产生的激光为532
‑
556nm的绿色激光。
[0021]进一步地，所述电磁铁产生的磁场强度为0
‑
300mT。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023](1)整个磁调制检测系统搭建简单，相对于光探测核磁共振检测平台，检测成本极低；
[0024](2)操作简捷，灵敏度高，实用性强，检测速度快；
[0025](3)基于该荧光纳米金刚石磁调制检测系统，可以实现生物医学方面的进一步应用，如检测新型冠状病毒，检出限可达到0.4fM。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的荧光纳米金刚石磁调制检测系统的原理图；
[0027]图2为本专利技术的系统示意图；
[0028]图3为本专利技术的纸基侧流层析传感器结构示意图；
[0029]图4为本专利技术的荧光纳米金刚石磁调制检测方法的示意图。
[0030]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荧光纳米金刚石磁调制检测系统，其特征在于，包括电源模块、开关控制模块、显微镜模块、生物检测模块和终端设备(11)；所述显微镜模块包括相机(1)、单波长激光器(2)和荧光镜头(3)；所述生物检测模块包括侧流层析纸基传感器(4)、传感器固定模块(5)和电磁铁(6)；所述开关控制模块包括波形产生模块(9)和功率放大模块(10)；所述相机(1)下设置有单波长激光器(2)；所述单波长激光器(2)下设置有荧光镜头(3)；所述荧光镜头(3)的下方设置有侧流层析纸基传感器(4)；所述侧流层析纸基传感器(4)固定在传感器固定模块(5)上；所述传感器固定模块(5)内设有空腔；所述空腔内固定有电磁铁(6)；所述电磁铁(6)连接功率放大模块(10)；所述功率放大模块(10)连接波形产生模块(9)；所述终端设备(11)连接相机(1)。2.根据权利要求1所述的荧光纳米金刚石磁调制检测系统，其特征在于，所述电源模块包括交流电(7)和可调直流电(8)；所述交流电(7)连接显微镜模块中的相机(1)和单波长激光器(2)；所述可调直流电(8)连接开关控制模块中的波形产生模块(9)和功率放大模块(10)。3.根据权利要求1所述的荧光纳米金刚石磁调制检测系统，其特征在于，所述采样率为0.01
‑
100Hz可调，采样时间为0
‑
240s可调。4.根据权利要求3所述的荧光纳米金刚石磁调制检测系统，其特征在于，所述所述单波长激光器(2)产生的激光为532
‑
556nm的绿色激光。5.根据权利要求1所述的荧光纳米金刚石磁调制检测系统，其特征在于，所述侧流层析纸基传感器(4)包括样品垫(41)、结合垫(42)、NC膜(43)、吸水垫(44)和PVC底板(45)；所述PVC底板(45)上设置有样品垫(41)、结合垫(42)、NC膜(43)和吸水垫(44)；所述吸水垫(44)的一侧压着NC膜(43)的一侧边；所述NC膜(43)的另一侧边被结合垫(42)的一侧压着；...

【专利技术属性】
技术研发人员：万莹，耿昌琪，黄亚齐，张云鹏，陆文韬，邓盛元，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：