[發明專利]一種交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置及方法

有效

• 申請號: 201710995806.2
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107860752B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李景虹;張凌;劉秋翰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;B82B3/00;B82Y35/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置，其特征在于，包括納米孔成像池、交流信號提供系統和全內反射熒光成像系統；

所述的納米孔成像池為設有納米孔膜的納米孔檢測池，納米孔膜上開設有納米孔；納米孔上側為正檢測池，其內設有含有熒光探針和電解質的光疏介質；納米孔下側為反檢測池，其內設有含有指示離子和電解質的光密介質，當熒光探針結合指示離子后可發光；兩支電極的一端分別浸沒于正檢測池、反檢測池的溶液中，另一端伸出納米孔檢測池；其中所述的納米孔為生物納米孔；所述的生物納米孔包括α-溶血素納米孔、MspA蛋白納米孔和Phi29蛋白納米孔；所述的納米孔上側的介質為水溶液，下側的介質為水凝膠，水溶液的介質折射率通過改變水溶液中溶質種類、濃度進行調控，水凝膠的介質折射率通過改變水凝膠濃度進行調控；納米孔上方介質中的熒光探針包括能特異性結合指示離子發熒光的羅丹明類、香豆素類、萘酰亞胺類、熒光素類和芘類化合物的熒光探針；納米孔下方介質中的指示離子包括可結合相應熒光探針的離子：Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺和Al³⁺；

所述的交流信號提供系統包括交流信號發生系統，交流信號發生系統輸出接口與電流放大系統輸入接口相連接，交變電場通過電流放大系統在納米孔檢測池中的兩支電極之間施加交流電勢；

所述的全內反射熒光成像系統包括激光光源、全內反射熒光成像光路、高數值孔徑物鏡和單光子檢測器；

所述的電極之間施加交流電勢驅動指示離子穿過納米孔結合另一側的熒光探針，產生熒光信號后被成像系統采集，成像系統生成具有交流振幅的熒光強度-時間曲線；

當單個分析物分子通過納米孔時，阻礙指示離子通過納米孔，熒光強度降低；單分子熒光信號通過單光子檢測器實時采集，采樣視野范圍、采樣頻率可調。

2.如權利要求1所述的交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置，其特征在于，所述的納米孔膜在水平方向固定于納米孔檢測池中間，納米孔檢測池的上、下兩側的光疏介質和光密介質分別提供低折射率介質和高折射率介質，納米孔所在位置為光密介質和光疏介質界面；

所述的反檢測池下方以蓋玻片作為基底；

所述的兩支電極為銀/氯化銀電極對。

3.如權利要求1所述的交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置，其特征在于，在全內反射熒光顯微系統對納米孔進行熒光成像時，激光光源發射的激發光由納米孔下方的光密介質入射，當入射角為臨界角時，激發光在納米孔所處的光密介質和光疏介質的界面發生全內反射。

4.如權利要求1所述的交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置，其特征在于，交流信號發生系統輸出包括波形、頻率、振幅、直流偏壓在內的參數可控的交變電壓信號。

5.一種交流電模式下的納米孔單分子熒光成像方法，其特征在于，基于權利要求1所述的交流電模式下的納米孔單分子熒光成像裝置，并包括以下操作：

（a）構建可進行全內反射熒光成像的所述納米孔成像池：所述反檢測池下方以蓋玻片作為基底，兩支電極在納米孔膜兩側施加電位；

（b）提供交流電參數可調控的交變電場源：將交流信號發生系統輸出接口與電流放大系統輸入接口相連接，交變電場通過電流放大系統在納米孔檢測池中的兩支電極之間施加交流電勢；

（c）通過全內反射熒光成像系統對納米孔進行熒光成像實時監測；

（d）在全內反射熒光顯微系統對納米孔進行熒光成像時，激發光由納米孔下方的光密介質入射，當入射角為臨界角時，激發光在納米孔所處的光密介質和光疏介質的界面發生全內反射；指示離子在電位驅動下通過納米孔后特異性結合另一側熒光探針發熒光，當單個分子通過納米孔時，阻礙指示離子流，熒光強度發生瞬時降低。