[發(fā)明專利]利用光阱捕獲微粒進(jìn)行微生物快速檢測的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2020-08-08
• 公開（公告）號: CN112014260B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高曉文;胡慧珠;劉承;白劍;傅振海;李翠紅
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室;浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種利用光阱捕獲微粒進(jìn)行微生物快速檢測的方法，其特征在于，

1）利用光阱捕獲樣品腔中的微粒，所述的微粒設(shè)有微生物特異性的結(jié)合位點(diǎn)或者配體，根據(jù)微粒的運(yùn)動信息，計(jì)算微粒在頻域的功率譜密度曲線，將功率譜密度曲線與微粒的運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行擬合，得到微粒的質(zhì)量m1；所述的微粒運(yùn)動學(xué)方程為：

式中，Ｓ（ω）為微粒運(yùn)動在頻域的功率譜密度曲線，ω是角頻率，ｍ是微粒質(zhì)量，ω_０為微粒在捕獲光場中的諧振頻率，ｋ_Ｂ為玻爾茲曼常數(shù)，Ｔ為空氣溫度，Γ_０為捕獲光場的阻尼率；

2）保持微粒的捕獲狀態(tài)，將待測氣體導(dǎo)入樣品腔，再次根據(jù)微粒的運(yùn)動信息，計(jì)算微粒在頻域的功率譜密度曲線，將功率譜密度曲線與微粒的運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行擬合，得到微粒的質(zhì)量m2;

3）比較導(dǎo)入待測氣體前后微粒的質(zhì)量m1和m2的變化，判斷待測氣體中是否存在待檢測微生物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微粒為光學(xué)均勻介質(zhì)球，微粒的半徑尺寸為nm量級到μm量級，形狀為球形，材料是聚苯乙烯或二氧化硅。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微粒的微生物特異性的結(jié)合位點(diǎn)或者配體包括抗體、核酸配體；待測氣體經(jīng)過預(yù)處理或者未經(jīng)過預(yù)處理，所述的預(yù)處理包括光、電、熱或者蒸汽處理。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法利用光阱捕獲微粒進(jìn)行微生物快速檢測的裝置，其特征在于，包括激光器（1）、第一準(zhǔn)直透鏡（2）、第二準(zhǔn)直透鏡（3）、第一反射鏡（4）、第二反射鏡（5）、聚焦透鏡（6）、微粒（7）、樣品腔（8）、第三準(zhǔn)直透鏡（9）、分光鏡（10）、第三反射鏡（11）、平衡探測器（12）、上位機(jī)（13）；

所述的激光器（1）出射捕獲激光，經(jīng)過第一準(zhǔn)直透鏡（2）和第二準(zhǔn)直透鏡（3）進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直，依次經(jīng)過第一反射鏡（4）、第二反射鏡（5）和聚焦透鏡（6）成為捕獲光場，在樣品腔（8）中捕獲微粒（7），捕獲光場經(jīng)過微粒（7）形成的散射光，依次經(jīng)過第三準(zhǔn)直透鏡（9）、分光鏡（10），及第三反射鏡（11）分成兩路光束入射到平衡探測器（12）的兩個探頭，平衡探測器（12）輸出信號至上位機(jī)（13）解算微粒的質(zhì)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的樣品腔（8）用于放置微粒，同時用于導(dǎo)入待測氣體。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，檢測步驟如下：

1）待捕獲光場捕獲微粒后，平衡探測器（12）將包含微粒位置信息的信號上傳至上位機(jī)（13）進(jìn)行傅里葉變換，得到微粒的運(yùn)動在頻域的功率譜密度曲線，將功率譜密度曲線與微粒的運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行擬合，得到微粒的質(zhì)量初始m1；

2）將待測氣體導(dǎo)入樣品腔，再次將平衡探測器（12）的輸出信號上傳至上位機(jī)（13），重復(fù)步驟1）中的擬合步驟，再次解算微粒的質(zhì)量m2；

3）比較導(dǎo)入待測氣體前后m1和m2的質(zhì)量變化，判斷待測氣體中是否含有待檢測微生物。