[发明专利]基于针尖增强拉曼散射光谱技术实现DNA测序的仪器平台

摘要

本发明公开了一种基于针尖增强拉曼散射光谱技术实现DNA测序的仪器平台，采用非接触式光学测量技术，耦合原子力显微技术与拉曼光谱技术实现超高空间分辨率和超灵敏化学结构信息的同时测量，即针尖增强拉曼测量技术，一方面利用针尖增强拉曼技术突破光学衍射极限，实现纳米级空间分辨率的化学结构信息采集及识别；另一方面，非接触式的光学测量方法可以避免测量过程对DNA样品的损伤；测量精度高，速度快，成本相对较低。

主权项

1.基于针尖增强拉曼散射光谱技术实现DNA测序的仪器平台，其特征在于：所述仪器平台由四部分构成：原子力显微镜模块（1）、样品台控制模块（2）、显微共聚焦拉曼光谱测量模块（3）和计算机控制的图像采集、处理及显示模块（4）；所述样品台控制模块（2）包含X,Y方向压电驱动的高精度位移平台（6）和惯性电机驱动的大行程位移平台（7）；其中压电驱动位移平台（6）通过螺栓固定到惯性电机驱动的大行程位移平台（7）上，所述压电驱动的高精度位移平台（6）和惯性电机驱动的大行程位移平台（7）中间设有圆孔，DNA试验品（5）通过双面胶固定到圆孔上；所述DNA试验（5）下方为云母片基底（37），云母片基底（37）上方设有金三角（24），金三角（24）表面设有DNA样品（36）；所述原子力显微镜模块（1）包括带针尖的微悬臂（8）以及检测装置，所述检测装置包括二极管激光器（9）、四象限光电传感器（10）、信号差分放大器（11）、控针尖运动的反馈控制器（12）、压电陶瓷扫描器件（13）、信号发生器（14）以及计算机控制的图像采集、处理及显示模块（4）；所述微悬臂（8）的针尖（39）设置在DNA试验品（5）上方1‑3 纳米高度，所述微悬臂（8）固定在压电陶瓷扫描器件（13）上，所述二极管激光器（9）发出的激光束聚焦在微悬臂（8）背面，并从微悬臂背面反射到四象限光斑位置检测器（10）；所述反馈回路（12）和信号放大电路（11）通过分析四象限光斑位置检测器（10）上反射信号得到微悬臂（8）上针尖（39）与DNA试验品相互作用的强度，，改变加在压电陶瓷扫描器件（13）垂直方向的电压，从而使压电管伸缩，调节针尖（39）和DNA试验品（5）间的距离，反过来控制探针与DNA试验品相互作用的强度，实现反馈控制，得到DNA试验品表面形貌信息及力学信息（15）；所述显微共聚焦拉曼光谱测量模块（3）包含两个部分：图像采集光路及拉曼测量光路，所述图像采集光路包括白光照明光路（16）和白光采集成像光路（17）；白光照明光路（16）由白光光源（18）和半透半反镜一（19）组成，白光光源（18）发出的白光经过半透半反镜一（19）反射，再经过圆孔处的倒置物镜（20）聚焦到DNA试验品（5）上；白光采集成像光路（17）包括半透半反镜二（21）和一个CCD相机（22）；白光光源（18）照射DNA试验品反射回来的信号经半透半反镜一（19）、半透半反镜三（23）和半透半反镜二（21）反射进入到CCD相机（22）；所述拉曼测量光路包含拉曼激发光路（25）和拉曼信号采集光路（26）；在拉曼激发光路（25）中，633纳米激光器（27）出射激光束经激光准直镜（28）透射过半透半反镜一（19）、半透半反镜三（23）和半透半反镜二（21）后经由倒置物镜（20）聚焦到DNA试验品（5）上；激光与DNA试验品相互作用后产生拉曼散射光，经由半透半反镜一（19）透射和半透半反镜三（23）反射进入到拉曼信号采集光路（26）；反射后的拉曼散射光经由聚焦镜（29）聚焦通过共聚焦小孔（30）后进入到光谱仪（31）中。