[發明專利]一種亞納米光學檢測系統及其檢測方法

有效

• 申請號: 202010629503.0
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111965142B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 肖波濤;劉洋
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種亞納米光學檢測系統及其檢測方法，該系統包括控制單元、樣品池、光輸送單元和成像單元；控制單元包括永磁鐵和電機，電機驅動永磁鐵旋轉及移動；樣品池盛放的單分子樣品一端連接有蓋玻片上，另一端連接有磁珠；光輸送單元包括光源、彎頭光纖、準直器、分束器和物鏡，光源的光束依次經過彎頭光纖、準直器及分束器后，形成反射光與折射光，使單分子樣品的磁珠形成多個衍射環；成像單元包括研究級相機和計算模塊，研究級相機采集單分子樣品的磁珠圖像并傳輸至計算模塊，計算模塊將采集的磁珠圖像轉化為二維光強分布，進而轉化為磁珠的實時三維位置，得出被測磁珠的Z軸數值。本實施例實現了亞納米級別精度的成像效果。

技術領域

本發明涉及單分子力譜性質測量技術領域，具體涉及一種亞納米光學檢測系統及其檢測方法。

背景技術

單分子運動研究和力譜技術已廣泛用于研究生物學過程，例如RNA翻譯，轉錄，分子馬達運動，蛋白質-DNA互作、重組。此類實驗一般依賴于單分子探針的使用。例如DNA，RNA或蛋白質被連接在磁珠上，然后通過磁珠的運動來獲取被測生物分子狀態變化的信息。在眾多單分子測量方法中，光鑷，磁鑷和原子力顯微鏡(AFM)是廣泛使用的技術。近期一個世界性的技術難點在于測量精度的提升，需要達到納米乃至亞納米(埃)的精度。

與光鑷和AFM相比，磁鑷特異性強，無需預熱，實驗效率和力穩定性高，具有獨特的優勢。磁性鑷子不僅無需執行反饋控制，還具有出色的力穩定性，可以長時間進行實驗而不會發生力漂移。此外，可以使用參考磁珠消除任何干擾分子延伸測量的機械漂移。這些特性使磁鑷成為了在生理狀態下長時間研究生物分子(蛋白、DNA等)的力響應與機械性能的一項強大技術。

目前，超高精度顯微技術依賴衍射環成像。提高衍射環數量及質量的通用方法是購買成套的顯微鏡進行成像，此種方法不僅價格高昂、系統改裝的靈活性差，因此，研究一個低成本、高精度、易于組裝、改裝及維護的光學檢測系統具有十分重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺陷與不足，本發明提供一種亞納米光學檢測系統及其檢測方法，使用數個光學器件以及支撐件進行組裝的光學系統，提高單分子裝置微珠的衍射環的清晰度和數量，進而提高測量精度，達到亞納米精度，應用于磁鑷設備的光路系統，能夠呈現高質量的圖像。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種亞納米光學檢測系統，包括：控制單元、樣品池、光輸送單元和成像單元；

所述控制單元包括永磁鐵和電機，所述電機帶動永磁鐵旋轉及移動；

所述樣品池用于盛放單分子樣品，單分子樣品溶液置于環境溶液中并形成樣品腔，單分子樣品一端連接有樣品池的蓋玻片，另一端連接有磁珠；

所述光輸送單元包括光源、彎頭光纖、光處理單元和物鏡，所述光處理單元包括準直器和分束器；

所述光源的光束經過彎頭光纖后射入準直器，準直器將射入的光轉變為平行光后射入分束器，分束器將射入的平行光分為光強相同的反射光與折射光，形成全反射光路，反射光豎直照射樣品池上，使單分子樣品的磁珠形成多個衍射環；

所述成像單元包括研究級相機和計算模塊，所述研究級相機采集單分子樣品的磁珠圖像，并傳輸至計算模塊，所述計算模塊將研究級相機采集的磁珠圖像轉化為二維光強分布，轉化為磁珠的實時三維位置，得出被測磁珠的Z軸數值。

作為優選的技術方案，所述永磁鐵還連接有承載零件，所述承載零件另一端連接有支撐桿，所述電機包括第一電機與第二電機，所述第一電機控制支撐桿沿中心軸旋轉，所述第二電機控制支撐桿沿樣品池豎直方向移動。

作為優選的技術方案，所述單分子樣品的一端與樣品池的蓋玻片化學連接，另一端與磁珠化學連接。

作為優選的技術方案，所述光源采用環形LED光纖照明器。