【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁共振测量，具体涉及一种分子信息快速检测方法及系统。
技术介绍
1、金刚石中的氮空位色心（nitrogen vacancy center，nv色心）是金刚石中的一种点缺陷，具有良好的光学性质和独特的能级结构。nv色心被广泛用于光探测磁共振技术（optically detected magnetic resonance，odmr技术），即基于光学手段对nv色心的电子自旋进行操控，通过探测其荧光来获取nv色心电子的自旋态。由于nv色心电子的自旋态对外界磁信号高度敏感，因此，nv色心可以用于探测其周围的其它电子自旋信号，即测量外界环境的电子顺磁共振谱。
2、过去二十年以来，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量子传感领域，其应用包括微观尺度的磁成像、弱磁测量等。在nv色心的诸多应用中，电子顺磁共振是最具有吸引力的方向之一。电子顺磁共振技术是一种多功能的无损分析技术，在生物和化学反应机制的研究中具有重要的应用价值，例如氧化还原反应、双自由基和三重态分子、反应动力学、分子生物学等。
3、然而现有的基于金刚石nv色心的电子顺磁共振应用，大多是基于单个nv色心探测单个分子的电子顺磁共振信号。这种探测方式具有极大的困难和不稳定性。一方面，单个nv色心的荧光信号较弱，导致积累信号的速度较慢、探测效率受限；另一方面，作为传感器的近表面单个nv色心的电荷态在长时间的光照下会变得不稳定，从而影响传感器本身的性能，此外，许多种类的自由基在探测过程中也存在信号猝灭的现象，这也是由于高功率密度的激光照射所
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种分子信息快速检测方法及系统。
2、根据本专利技术的第一个方面，提供了一种分子信息快速检测方法，包括：利用激光照射待测样品，以便于极化和读出待测样品中的氮空位色心传感器的电子状态，得到荧光信号，待测样品还包括待测分子；对待测样品施加偏共振微波，以便于使氮空位色心传感器和待测分子产生共振；利用荧光信号处理模块处理荧光信号，得到待测分子的分子信息。
3、根据本专利技术的实施例，分子信息快速检测方法还包括：将待测分子均匀分散在包括氮空位色心传感器的金刚石的表面，得到待测样品。
4、根据本专利技术的实施例，利用激光照射待测样品，以便于极化和读出待测样品中的氮空位色心传感器的电子状态包括：基于与目标激光功率相对应的激光照射待测样品，目标激光功率是根据如下方式得到的：调节照射待测样品的激光的初始激光功率，直至氮空位色心传感器的电子极化时长到达预设的目标电子极化时长，得到目标激光功率。
5、根据本专利技术的实施例，荧光信号包括多次重复测量后得到的累加荧光信号；其中，利用荧光信号处理模块处理荧光信号，得到待测样品的分子信息包括：利用荧光信号处理模块处理累加荧光信号，得到与待测样品相关的电子顺磁共振谱；利用荧光信号处理模块处理电子顺磁共振谱，得到与待测分子相对应的分子信息。
6、根据本专利技术的实施例，利用荧光信号处理模块处理荧光信号，得到电子顺磁共振谱包括：利用荧光信号处理模块记录偏共振微波的每一个频率对应的荧光信号的强度；根据偏共振微波的频率和相应的荧光信号的强度，得到以偏共振微波的频率为横轴、荧光信号的强度为纵轴的电子顺磁共振谱。
7、根据本专利技术的实施例，分子信息包括分子能级信息、分子种类信息和分子运动信息；利用荧光信号处理模块处理所述电子顺磁共振谱，得到与待测分子相对应的分子信息包括：根据所述电子顺磁共振谱的谱峰数量、位置、强度和展宽确定所述分子能级信息、种类信息和运动信息。
8、根据本专利技术的第二个方面，提供了一种分子信息快速检测系统，包括：样品模块，用于放置待测样品，并调节所述待测样品的位置；激光模块，用于利用激光照射待测样品，以便于极化和读出待测样品中的氮空位色心传感器的电子状态，得到荧光信号，待测样品还包括待测分子；微波模块，用于对待测样品施加偏共振微波，以便于使氮空位色心传感器和待测分子产生共振；荧光信号处理模块，用于利用荧光信号处理模块处理荧光信号，得到待测分子的分子信息。
9、根据本专利技术的实施例，激光模块包括：激光源，被配置为发射初始激光；凸透镜，被配置为接收初始激光，对初始激光聚焦得到激光；双向色镜，被配置为反射激光，并透射所述荧光信号；物镜，被配置为接收双向色镜反射的激光，并将述激光发射至样品模块，同时收集所述样品模块发出的荧光信号。
10、根据本专利技术的实施例，荧光信号处理模块包括：荧光信号收集探测组件，用于记录偏共振微波的每一个频率对应的荧光信号的强度；计算机，用于根据偏共振微波的频率和相应的荧光信号的强度，得到以偏共振微波的频率为横轴、荧光信号的强度为纵轴的电子顺磁共振谱。
11、根据本专利技术的实施例，微波模块包括：微波源，被配置为发射初始偏共振微波；微波放大器，被配置为接收初始偏共振微波，对初始偏共振微波进行放大，得到偏共振微波；样品模块包括：位移台，被配置为放置待测样品，并调节所述待测样品的位置；微波辐射组件，被配置为接收微波模块发出的偏共振微波，并对待测样品施加偏共振微波。
12、根据本专利技术的实施例，通过大量氮空位色心传感器并行探测的方式进行分子信息快速检测有效提高了探测效率和稳定性，避免了由于单个氮空位色心的荧光信号较弱，导致积累信号的速度较慢、探测效率受限的问题；在零磁场的条件下对待测样品施加偏共振微波，使得待测分子的电子自旋朝向将不会影响谱线信号峰的位置，避免了待测分子的电子自旋朝向分布带来的谱线展宽和畸变，同时由于不需要复杂的微波脉冲操控，很大程度上解决了微波辐射场均匀性对宽场测量的限制。
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1.一种分子信息快速检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用激光照射待测样品，以便于极化和读出所述待测样品中的氮空位色心传感器的电子状态，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荧光信号包括多次重复测量后得到的累加荧光信号；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述荧光信号处理模块处理所述累加荧光信号，得到与所述待测样品相关的电子顺磁共振谱，包括：
6.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、分子种类信息和分子运动信息；
7.一种分子信息快速检测系统，其特征在于，用于执行权利要求1至6中任一项所述的方法，所述系统包括：
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述激光模块包括：
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述荧光信号处理模块包括：
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种分子信息快速检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用激光照射待测样品，以便于极化和读出所述待测样品中的氮空位色心传感器的电子状态，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荧光信号包括多次重复测量后得到的累加荧光信号；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述荧光信号处理模块处理所述累加荧光信号，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵正泽，黄哲华，王哲成，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：
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