[发明专利]一种激励生物单分子太赫兹谐振的探测方法

说明书

本发明公开一种激励生物单分子太赫兹谐振的探测方法，包括纳米等离基元光镊装置，该纳米等离基元光镊装置包括激发光单元、表面等离激元激发单元和监测单元；所述表面等离激元激发单元包括镀有金膜的玻片，玻片的表面置有微纳结构溶液，微纳结构溶液用于动态操控和诱捕待检测的生物单分子；所述激发光单元产生太赫兹光，并将太赫兹光入射至所述表面等离激元激发单元，太赫兹光激励生物单分子太赫兹谐振，太赫兹光在玻片上与微纳结构溶液的反射光进行耦合，耦合后得到的耦合光反射入所述监测单元，得到生物单分子振动谱的高分辨率光学表征。本案对溶液中单个生物单分子振动的光学直接测量，获得生物单分子的太赫兹振动频谱。

技术领域

本发明涉及生物单分子检测技术领域，特别涉及一种激励生物单分子太赫兹谐振的探测方法。

背景技术

生物分子是生物体重要组成成份，不但有生物功能，而且分子量较大，其结构也比较复杂。这些生物分子的复杂结构决定了它们的特殊性质，它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能，如进行新陈代谢、供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能等。对生物分子的结构特性和分子间相互作用进行探测分析，有助于人们更深入的了解生命活动规律。

随着科技的发展，生命科学的生物分子研究已经发展到单分子探测技术。目前，单分子探测技术在很大程度上依赖于荧光读出系统来获得单分子动态过程的现场实时监测。虽然荧光是单分子探测的主要工具之一，但由于生物体内高散射环境和普通光学显微镜分辨本领的限制使分子探测变得困难。为了补充对单分子荧光检测的信息，发展稳定、明亮和敏感的光学探头，现在主要采用等离子纳米颗粒(plasmonic nanoparticles，PNP)来长程监测单分子的生物过程，因为其局域表面等离子体共振(localized surface plasmonresonance，LSPR)可以产生强的光散射和光吸收特性。此外，纳米颗粒在纳米尺度下还可以允许其穿透细胞膜与各种生物分子发生相互作用。但等离子体增强光谱的时间分辨率不仅取决于纳米颗粒探针增强的信号能力，还受限于光谱仪的光谱数据读出速度。且在检测过程中，需要同时从样本中得到包含复杂信息的分子结构、空间分布和动态过程的多维数据，但就目前的技术来说，很难实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激励生物单分子太赫兹谐振的探测方法，克服上述缺陷，对溶液中单个生物单分子振动的光学直接测量，获得生物单分子的太赫兹振动频谱。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种激励生物单分子太赫兹谐振的探测方法，包括纳米等离基元光镊装置，该纳米等离基元光镊装置包括激发光单元、表面等离激元激发单元和监测单元；所述表面等离激元激发单元包括镀有金膜的玻片，玻片的表面置有微纳结构溶液，微纳结构溶液用于动态操控和诱捕待检测的生物单分子；

所述激发光单元产生太赫兹光，并将太赫兹光入射至所述表面等离激元激发单元，太赫兹光激励生物单分子太赫兹谐振，太赫兹光在玻片上与微纳结构溶液的反射光进行耦合，耦合后得到的耦合光反射入所述监测单元，得到生物单分子振动谱的高分辨率光学表征。

优选的，所述激发光单元包括可调激光器、固定波长激光器、控制器、耦合器和光谱仪；控制器连接并控制可调激光器，可调激光器和固定波长激光器分别产生太赫兹光，可调激光器和固定波长激光器产生的太赫兹光通过耦合器进行耦合，耦合后的太赫兹光经光谱仪检测后射入表面等离激元激发单元。

优选的，所述表面等离激元激发单元还包括第一孔径物镜、第二孔径物镜和照明光源；第一孔径物镜和第二孔径物镜分别对称设置在玻片的两侧，太赫兹光依次入射第一孔径物镜、玻片，太赫兹光与放置在玻片中的生物单分子耦合后成为耦合光，耦合光在玻片折射并从第二孔径物镜射出，射出的耦合光经一设置在第二孔径物镜上方的二向色镜反射至监测单元，照明光源设置在二向色镜上方，照明光源将照明光从第二孔径物镜照射至玻片。

优选的，所述表面等离激元激发单元还包括光路调整器和滤光片；光路调整器设置在太赫兹光入射第一孔径物镜之前的光路上，滤光片设置在二向色镜与监测单元之间的光路上。