[发明专利]用于通过场分辨振动光谱法测量样本的偏振响应上的改变的方法和装置

说明书

一种测量样本(1)、特别是生物样本的偏振响应的方法，包括以下步骤：产生激励波(2)的序列，利用激励波(2)的序列照射样本(1)，包括激励波(2)与样本(1)相互作用，从而产生样本波(3)的序列，每个样本波(3)包括样本主脉冲与样本全局分子指纹(GMF)波(E_GMF(sample)(t))的叠加，利用激励波(2)的序列照射参考样本(1A)，包括激励波(2)与参考样本(1A)相互作用，从而产生参考波(3A)的序列，每个参考波(3A)包括参考主脉冲与参考GMF波(E_GMF(ref)(t))的叠加，在空间和/或时间上将样本波(3)和参考波(3A)的差与样本波(3)和参考波(3A)二者所共有的GMF波贡献进行光分离，检测样本波(3)与参考波(3A)的差，并确定均包括样本GMF波与参考GMF波的差的差分分子指纹(dMF)波(ΔE_GMF)(4)的时间幅度。此外，描述了用于测量样本(1)的偏振响应的光谱设备。

技术领域

本发明涉及一种测量样本对光场激励的偏振响应、特别是生物样本的分子的振动响应以及偏振响应的改变的方法。样本的偏振响应通过场分辨(field-resolved)光谱法经由在时域中直接对通过诱导的样本偏振而辐射的快速振荡电场进行采样被测量。此外，本发明涉及一种用于测量样本、特别是生物样本的偏振响应的光谱设备。本发明的应用包括检测样本的物理和化学特性/状态的改变、特别是生物样本的分子组成的改变。可能的生物样本包括来自人或动物有机体、特别是来自生物体的体液、组织和单独的细胞的气体、液体或固体样本。

背景技术

分子是生物体的最小功能构建块。生命系统需要种类繁多的分子的存在。它们的充裕性允许在较窄的范围内变化的情况下生物体功能正常。作为显著示例，细胞或血液由成千上万的不同分子组成，分子的浓度基于身体的生理状态。血液的单独的分子组分的充裕度上的实质改变因而可用作异常生理的指示符。这样的改变被用作分子病理学的基础，用于对疾病的进程进行检测和后续监视并用于评估个体对特定病变的敏感度，其中，疾病响应并对抗治疗。此外，不同类型的细胞的分子组成上的不同可帮助识别细胞类型(例如，干细胞)并帮助分选来自同一组织的细胞。

在浓度上具有最大相对改变的分子(包括新出现的分子)适于将其本身作为疾病的标记或适于将不同类型的细胞进行相互区分。可通过基于抗体的实验单独识别分子中的微量分子。例如，用于同时感测大量分子的常规技术是RNA测序和质谱分析法(检测单独的组分)和振动光谱法(从大量样品测量全局影响)。这些技术主要对高充裕度的组分敏感，高充裕度的组分控制这些技术观测的信号，这些技术对于大量的低充裕度的分子“失效”。然而，低充裕度的分子的浓度上的改变也是高度重要的，例如，突出的示例是细胞激素，已知即使细胞激素的微小的浓度改变也会导致广泛的生理效应。低充裕度的分子很可能包括具有由异常生理导致的相对大的浓度改变的可能的多种不同分子中的一些分子。因此，低充裕度的分子可能理想地适合于或特别与疾病标记或细胞标识/分选相关。对于迄今为止的分子病理学和细胞生物学，难以达成所有这些可能的分子标记。总之，迄今为止的分子病理学和细胞生物学的持续主要挑战是识别复合混合物中的高充裕度分子以及低充裕度分子的最小浓度改变。

振动光谱法需要关于由原子核围绕其平衡位置的周期性振荡诱导的分子样品的偏振响应的信息。数年来，红外光谱法和拉曼光谱法(以下描述)已经用于获取不断扩大的光谱范围的分子振动的幅度响应。相应的样品特征信息通常被称为振动分子指纹，简称：分子指纹。应注意，在文献中，此指定也已经被用在其他物理可观测量的上下文中，虽然通常是以将唯一的指纹(也称为：光谱偏振响应)与特定样本进行关联的目的。不管多个测量技术如何，常规指纹方法总共遭受以下困扰：中等的敏感度、阻止样本的分子组成上的较小改变的稳定检测和低充裕度的组分的稳定检测。