[发明专利]一种亚纳米光学检测系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种亚纳米光学检测系统及其检测方法，该系统包括控制单元、样品池、光输送单元和成像单元；控制单元包括永磁铁和电机，电机驱动永磁铁旋转及移动；样品池盛放的单分子样品一端连接有盖玻片上，另一端连接有磁珠；光输送单元包括光源、弯头光纤、准直器、分束器和物镜，光源的光束依次经过弯头光纤、准直器及分束器后，形成反射光与折射光，使单分子样品的磁珠形成多个衍射环；成像单元包括研究级相机和计算模块，研究级相机采集单分子样品的磁珠图像并传输至计算模块，计算模块将采集的磁珠图像转化为二维光强分布，进而转化为磁珠的实时三维位置，得出被测磁珠的Z轴数值。本实施例实现了亚纳米级别精度的成像效果。

技术领域

本发明涉及单分子力谱性质测量技术领域，具体涉及一种亚纳米光学检测系统及其检测方法。

背景技术

单分子运动研究和力谱技术已广泛用于研究生物学过程，例如RNA翻译，转录，分子马达运动，蛋白质-DNA互作、重组。此类实验一般依赖于单分子探针的使用。例如DNA，RNA或蛋白质被连接在磁珠上，然后通过磁珠的运动来获取被测生物分子状态变化的信息。在众多单分子测量方法中，光镊，磁镊和原子力显微镜(AFM)是广泛使用的技术。近期一个世界性的技术难点在于测量精度的提升，需要达到纳米乃至亚纳米(埃)的精度。

与光镊和AFM相比，磁镊特异性强，无需预热，实验效率和力稳定性高，具有独特的优势。磁性镊子不仅无需执行反馈控制，还具有出色的力稳定性，可以长时间进行实验而不会发生力漂移。此外，可以使用参考磁珠消除任何干扰分子延伸测量的机械漂移。这些特性使磁镊成为了在生理状态下长时间研究生物分子(蛋白、DNA等)的力响应与机械性能的一项强大技术。

目前，超高精度显微技术依赖衍射环成像。提高衍射环数量及质量的通用方法是购买成套的显微镜进行成像，此种方法不仅价格高昂、系统改装的灵活性差，因此，研究一个低成本、高精度、易于组装、改装及维护的光学检测系统具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种亚纳米光学检测系统及其检测方法，使用数个光学器件以及支撑件进行组装的光学系统，提高单分子装置微珠的衍射环的清晰度和数量，进而提高测量精度，达到亚纳米精度，应用于磁镊设备的光路系统，能够呈现高质量的图像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种亚纳米光学检测系统，包括：控制单元、样品池、光输送单元和成像单元；

所述控制单元包括永磁铁和电机，所述电机带动永磁铁旋转及移动；

所述样品池用于盛放单分子样品，单分子样品溶液置于环境溶液中并形成样品腔，单分子样品一端连接有样品池的盖玻片，另一端连接有磁珠；

所述光输送单元包括光源、弯头光纤、光处理单元和物镜，所述光处理单元包括准直器和分束器；

所述光源的光束经过弯头光纤后射入准直器，准直器将射入的光转变为平行光后射入分束器，分束器将射入的平行光分为光强相同的反射光与折射光，形成全反射光路，反射光竖直照射样品池上，使单分子样品的磁珠形成多个衍射环；

所述成像单元包括研究级相机和计算模块，所述研究级相机采集单分子样品的磁珠图像，并传输至计算模块，所述计算模块将研究级相机采集的磁珠图像转化为二维光强分布，转化为磁珠的实时三维位置，得出被测磁珠的Z轴数值。

作为优选的技术方案，所述永磁铁还连接有承载零件，所述承载零件另一端连接有支撑杆，所述电机包括第一电机与第二电机，所述第一电机控制支撑杆沿中心轴旋转，所述第二电机控制支撑杆沿样品池竖直方向移动。

作为优选的技术方案，所述单分子样品的一端与样品池的盖玻片化学连接，另一端与磁珠化学连接。

作为优选的技术方案，所述光源采用环形LED光纤照明器。