CN115235958B - 基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物传感技术领域，具体为一种基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，包括基座，所述基座从右到左依次设置有激光器组件、第一线圈、待测样品组件、第二线圈和探测器组件。本发明可对磁性纳米颗粒进行定量检测，可准确、快速的分析其粒径变化，以磁性纳米颗粒为载体，将磁分离与磁传感集为一体，避免了传统的磁免疫传感分析中免疫磁富集和磁传感分别采用不同的纳米磁颗粒与缓冲体系，造成免疫磁分离与磁信号读出分步进行的缺点，极大地简化了分析步骤，从而提高传感方法的检测速度与稳定性；本发明构建的系统灵敏度高、检测效率高、避免使用大型复杂设备，并且该产品具有易携带、可集成、低成本、易操作、重复性好等优势。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感技术领域，具体为一种基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统。
背景技术
床旁检测(Point-of-care testing,POCT)是未来医疗检测发展的主要方向之一，有望在可及性、速度以及结果的准确性方面获得重大突破，同时也推动当前纳米技术领域的飞速发展。POCT的各种要求，如易用性、检测时间短、灵敏度高和成本低等，但在大多数情况下，单一功能材料的生物传感器难以满足POCT的诸多要求，因此对传统的分析方法而言是一项巨大的挑战。由于磁性纳米颗粒 (magnetic nanoparticle，MNP)具有优越的可操作性、生物兼容性、信号对比度(常见生物样本无磁性信号干扰，将MNP作为标记物或造影剂可获得极佳的信噪比)、穿透性与稳定性，具有超顺磁性的MNP 在生物传感中被广泛应用。在生物检测环境中，MNP标记物的背景干扰低、信号输出稳定、响应能力强，可结合磁共振等技术实现对靶标的定量分析，而被广泛的运用。溶液环境中MNP的弛豫指在外加磁场消失后，MNP从定向排列的状态恢复到磁无序状态的过程，可分为三类：(1)奈尔弛豫(Néelrelaxation)，即纳米颗粒静止不动，磁畴旋转回到无序状态；(2)磁滞损耗(hysteresisloss)，即磁畴分裂至方向随机，主要应用于磁热疗方面；(3)布朗弛豫(Brownianrelaxation)，即磁畴固定为易(磁化)轴方向，纳米颗粒旋转至无序状态。MNP是一个单畴粒子只有一个易磁化轴，其弛豫的方式主要以布朗弛豫为主。这是因为奈尔弛豫需要的时间远远大于布朗弛豫需要的时间，布朗弛豫结束后奈尔弛豫才开始，所以整个体系表现出布朗弛豫的性质。
目前，用于定量检测MNP标记物的磁学传感模式主要分为整体检测和表面检测两种。其中，整体检测模式能够对分散在整个检测体系中的MNP进行测量，测量过程简单快速，此外，整体磁传感器适宜结合均相反应策略(即反应物和产物分散在单一均相溶液中，充分利用了三维扩散，在整个样品体系内产生信号)，避免了繁琐的分离/洗涤步骤，进一步提高检测速度和体系易用性。然而，整体检测设备采集的信号为该体系内阳性与阴性信号的整体平均值，对于靶标浓度较低的样品，未参与反应的MNP为主要多数，信号的整体平均会导致检测灵敏度降低。因此，现有的磁学整体检测设备，例如核磁共振波谱仪、磁感应计和超导量子干涉设备，均需要强磁场或者宽磁场的频率范围，在成本和便携性方面存在一定的限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，在整体检测的前提下仅对参与反应的 MNP进行传感分析，解决了整体检测设备的平均值信号灵敏度较低的问题，降低了对传感设备磁场强度或者磁场频率范围的要求，从而实现低成本、便携性的磁学整体检测。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，包括基座，所述基座上从右到左依次设置有激光器组件、第一线圈、待测样品组件、第二线圈和探测器组件，所述激光器组件、第一线圈、待测样品组件、第二线圈和探测器组件同轴设置，且激光器组件包括激光器支架和固定设置在激光器支架一端的激光器，所述激光器发出激光透过所述待测样品组件内的磁性纳米颗粒胶体悬液，所述第一线圈和第二线圈并联连接，且第一线圈和第二线圈中间沿光路方向产生均匀变化的交流振荡磁场B(t)，所述探测器组件包括移动轴和设置在移动轴一侧壁的光电探测器，所述光电探测器接收透过待测样品组件上待测样品的光信号，并将光信号转换为电压信号，该电压信号为光电探测器的输出电压V(t)，所述基座上还设置有信号采集模块和信号调理模块，其中信号调理模块提供交流电流，并通过软件控制其输出改变交流振荡磁场 B(t)，磁性纳米颗粒在交流振荡磁场B(t)作用下，对光信号产生周期性影响，该信号经光电探测器接收并转换为电压信号传入信号采集模块进行采集并存入计算机内存中，再经Matlab软件对数据进行处理分析，得到频谱曲线用于磁性纳米颗粒粒径分析。
进一步的，所述第一线圈和第二线圈为两个结构完全相同的构件，且第一线圈和第二线圈对称分布在待测样品组件的两侧。
进一步的，所述待测样品组件包括待测样品支架，所述待测样品支架顶部开设有用于放置待检测的磁性纳米颗粒胶体悬液的待测样品放置槽。
进一步的，所述激光器发出的激光光源为450nm的蓝色激光源。
进一步的，所述光电探测器(62)的交流振荡磁场B(t)可表述为： B(t)＝B0sin(2πft)＝B0sin(ωt)，其中f是磁场频率，ω是磁场角频率，当交流振荡磁场B(t)中的磁性纳米颗粒被磁化时，沿其易轴方向产生磁矩。
进一步的，所述输出电压V(t)的计算公式为：其中Vref是磁场为零时的输出电压，V2是二次谐波，/>是输出电压V(t)对振荡交流振荡磁场B(t)的相位差，所述相位差/>随磁场频率f增加而增加，且输出电压V(t)与磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB相关，所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB取决于环境温度、溶液粘度和磁性纳米颗粒的流体力学体积。
进一步的，所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB的计算公式为：其中，Vh为粒子的流体力学体积，η为溶液粘度，kB为波尔茨曼常量，T为绝对温度。
有益效果
本发明提供了一种基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
1、基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，该分析系统可对MNP的进行定量检测，准确、快速的表征粒子粒径。以 MNP为载体，将磁分离与磁传感集为一体，避免了传统的磁免疫传感分析中免疫磁富集和磁传感分别采用不同的纳米磁颗粒，造成免疫磁分离与磁信号读出分步进行的缺点，极大地简化了分析步骤，从而提高传感方法的检测速度与稳定性；本发明中构建系统，灵敏度高，操作简便，检测效率高，避免使用大型仪器。并且该产品具有易集成，价格低，技术操作人员要求低，重复性好等优势。
2、基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，该分析系统的耦合激光利用交流振荡磁场来驱动MNP进行旋转，磁场存在时，MNP易轴指向磁场方向；磁场不存在时，MNP易轴指向随机。在此过程中，对光的遮挡产生周期性变化，并且随磁场频率增加，不同粒径大小的MNP随磁场旋转同步性减弱，逐渐产生相位差，导致二次谐波处信号逐渐减少，该系统利用硬件采集系统进行数据采集，并利用软件分析系统进行数据处理，得到准确的信号变化曲线，从而分析 MNP的流体力学体积变化，同时目前市场上并无相关技术及相关检测产品，并且该产品易集成，价格低，技术操作人员要求低，值得大力推广运用。
附图说明
图1为本发明光学磁驱相差检测磁性纳米颗粒粒径的分析系统的结构图；
图2为本发明待测样品架结构示意图；
图3为本发明激光光源结构示意图；
图4为本发明探测设备结构示意图；
图5为本发明光电探测器输出电压随交流振荡磁场频率变化的曲线图；
图6为本发明MNP的光磁旋转模式示意图；
图7为本发明B1＝0.80mT时不同浓度下MNP归一化V2(f)谱；
图8为本发明不同体积比的甘油与MNP混合后的归一化V2(f)谱；
图9为本发明不同磁场强度下三种规格MNP归一化V2(f)谱；
图10为本发明MNP表面RCA反应后300nm MNP归一化V2(f)谱。
图中的附图标记及名称如下：
1、基座；2、激光器组件；21、激光器支架；22、激光器；3、第一线圈；4、待测样品组件；41、待测样品支架；42、待测样品放置槽；5、第二线圈；6、探测器组件；21、激光器支架；22、激光器； 61、移动轴；62、光电探测器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：具体为一种基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，该分析系统包括基座1，所述基座1上从右到左依次设置有激光器组件2、第一线圈3、待测样品组件4、第二线圈5和探测器组件6，所述激光器组件2、第一线圈3、待测样品组件4、第二线圈5和探测器组件6同轴设置，其中第一线圈3和第二线圈5为两个结构完全相同的构件，且第一线圈 3和第二线圈5对称分布在待测样品组件4的两侧，这样设计的目的是为了可在待测样品组件4处产生均匀的变化磁场，所述激光器组件 2包括激光器支架21和固定设置在激光器支架21一端的激光器22，所述激光器22发出激光透过所述待测样品组件4上的磁性纳米颗粒胶体悬液，且激光器22发出的激光光源为450nm的蓝色激光源，所述第一线圈3和第二线圈5并联连接，且第一线圈3和第二线圈5中间沿光路方向产生均匀变化的交流振荡磁场B(t)，所述探测器组件6 包括移动轴61和设置在移动轴61一侧壁的光电探测器62，所述光电探测器62接收透过待测样品组件4上的待测样品的光信号，将其转换为电压信号，该电压信号为光电探测器62的输出电压V(t)，所述基座1上还设置有信号采集模块和信号调理模块，其中信号调理模块提供交流电流，并通过软件控制其输出改变交流振荡磁场B(t)，磁性纳米颗粒在磁场B(t)作用下，对光信号产生周期性影响，经光电探测器62接收并转换为电压信号传入信号采集模块进行采集并存入计算机内存中，经Matlab软件对数据进行处理分析，得到频谱曲线用于磁性纳米颗粒粒径分析。
具体的，所述待测样品组件4包括待测样品支架41，所述待测样品支架41顶部开设有用于放置待检测磁性纳米颗粒粒径的胶体悬液的待测样品放置槽42，待测样品放置槽42内的磁性纳米颗粒近似为椭球形，具有方向各向异性和超顺磁性，磁化沿长轴方向。
请参照图5，上述基座1上的信号采集模块将连续模拟信号转换为数字信号接收采集，经汉宁窗函数截短处理，通过FFT算法将时域信号进行转换，得到该信号的频域信息后，使用Matlab软件程序提取出二次谐波信号幅值，绘制归一化信号V2/V0随磁场频率变化的曲线图，其中信号采集模块优选National Instruments，USA公司生产的型号为NI-DAQ USB-6218的数据采集卡，所述FFT为快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)，是数字信号处理过程中的一项基本操作，将信号从时域变换到频域进行分析处理，进而研究信号的频谱特点和变化规律，使用傅里叶变换分析离散时域信号被广泛应用于数学、工程和计算机领域，原理即可将任何连续测量的时序或信号，表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加，因此利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位，是一种常见的非参数频谱估计算法，把有限的数据样本从时域变换到频域，可对谐波信号进行分析计算。
请参阅图6，图6为本发明MNP的光磁旋转模式示意图，图中的 MNP在交流振荡磁场B(t)中能够进行周期性的旋转(长轴旋转至与磁场平行)和布朗弛豫(长轴指向恢复随机取向)，当交流振荡磁场B(t) 存在的条件下，MNP旋转至其长轴与磁场平行，此时MNP对激光的遮挡最小，光电探测器62输出电压V(t)最大；当磁场强度为零时，MNP 发生布朗弛豫恢复无序状态，此时其长轴取向随机，对激光遮挡最大，光电探测器输出电压最小，即为MNP的磁化-弛豫循环过程。
请再次参阅图5和图6，本发明中的光磁耦合检测利用了交流振荡磁场B(t)中MNP经历的磁化-弛豫循环，表现为布朗旋转，当交流振荡磁场B(t)低频变化时，磁性颗粒振动与磁场变化完全同步，但随着磁场变化频率增加，同步性逐渐减弱，光电探测器62输出电压信号与磁场信号产生相位差，且幅值降低，频率越大相位差越大幅值越低，在图5中，f1为磁场频率较小时的光电探测器62输出电压信号， f2为磁场频率较大时的光电探测器62输出电压信号，f2与磁场信号产生的相位差，幅值相较于f1也有所降低，据此可设置系统，使激光器组件2穿过具有各向异性的磁性纳米颗粒胶体悬液，被光电探测器62接收，正弦振荡磁场沿着平行光径方向施加。
请再次参阅图5和图6，图中的交流振荡磁场B(t)可表述为： B(t)＝B0sin(2πft)＝B0sin(ωt)，其中f是磁场频率，ω是磁场角频率，当交流振荡磁场B(t)中的磁性纳米颗粒被磁化时，沿其易轴方向产生磁矩；图中输出电压V(t)的计算公式为：其中Vref是磁场为零时的输出电压，V2是二次谐波，/>是输出电压V(t)对振荡交流振荡磁场B(t)的相位差，所述相位差/>随磁场频率f增加而增加，且输出电压V(t)与磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB相关，所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB取决于环境温度、溶液粘度和磁性纳米颗粒的流体力学体积；所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB的计算公式为：/>其中，Vh为粒子的流体力学体积，η为溶液粘度，kB为波尔茨曼常量，T为绝对温度。
综上，本发明利用交流磁场B(t)来驱动MNP进行旋转，磁场存在时，MNP易轴指向磁场方向；磁场为零时，MNP易轴指向随机摆动，在此过程中，对激光器22光的遮挡产生周期性变化，并且随磁场频率增加，不同粒径大小的MNP随磁场旋转逐渐产生相位差，导致二次谐波处信号逐渐减少，该分析系统利用硬件采集系统进行数据采集，并利用软件分析系统进行数据处理，得到准确的信号变化曲线，从而分析MNP的流体力学体积变化。
下面结合具体结合以下三个实验数据对基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统进行详细说明：
实验中分别使用不同规格的MNP，分别为粒径100nm(25 μg/mL，micromodPartikeltechnologie GmbH)、粒径250nm(25 μg/mL，micromod PartikeltechnologieGmbH)的椭球形超顺磁性 MNP和300nm(10μg/mL，苏州海狸纳米科技)，表面修饰了链霉亲和素的超顺磁性非完美球体MNP。
实验一：
分析不同浓度MNP的V2(f)频谱特征；分别对三种标准待检测产品进行稀释，研究MNP浓度对V2(f)谱的影响：施加交流电磁场B(t)，磁场强度B1＝0.80mT，磁场频率fremin＝0.3Hz、fremed＝3Hz、 fremax＝300Hz，其中磁场频率从fremin到fremed进行10组梯度变化，从fremed到fremax按照对数进行20组变换，数据采集卡采集光电探测器62输出信号，设置低频采样频率(3Hz之前)Fs1＝120000Hz，高频采样频率(3Hz之后)Fs2＝240000Hz，将采集信号通过汉宁窗进行截短操作，再通过FFT变换算法得到频率域分布，提取二次谐波信号处幅值，并以直流分量V0做归一化，磁场频率为横坐标，绘制归一化V2(f)谱，如图7所示，图中可以快速看出不同浓度MNP对V2(f)谱的影响。
实验二：
分析溶液粘度对MNP的V2(f)谱的影响，根据磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB的计算公式：溶液粘度η的改变会改变布朗弛豫时间，从而影响MNP的弛豫过程，对三种最适浓度下的标准品通过不同甘油体积比混合分别更改溶液粘度分别进行实验，施加交流电磁场，磁场强度B2＝3.30mT，粒径100nm、250nm MNP采用的磁场强度，B3＝5.00mT，粒径300nm MNP采用的磁场强度，磁场频率变化与信号采集模块上的数字采集卡采集设置与上述实验相同，采集信号提取二次谐波幅值后以第一个频率0.3Hz下V2做归一化，绘制不同溶液粘度η下归一化V2(f)谱，如图8所示，图中甘油体积占比增加来提高溶液粘度η，对应MNP在溶液中旋转需要克服流体力学阻力，随着溶液粘度η增大，临界频率，即归一化V2信号开始出现下降趋势的频率，向低频方向移动，三种规格的标准品均出现以上趋势，即能够证明溶液粘度η对二次谐波信号V2的影响。
实验三：
分析外加磁场强度对MNP布朗旋转规律的影响，根据公式：不同粒径MNP流体力学体积Vh不同，布朗弛豫时间不同， MNP的弛豫过程也有差别，研究不同磁场强度对MNP的V2(f)谱的影响，对最适浓度下的三种标准品分别进行磁场强度梯度实验，施加交流电磁场，磁场变化与信号采集模块上的数字采集卡采集方式不变，改变磁场强度，分别为B1＝0.80mT、B4＝1.60mT、B5＝2.50mT、B2＝3.30mT、 B6＝4.10mT、B3＝5.00mT共6组，并以第1个频率0.3Hz下的V2幅值进行归一化，绘制不同磁场强度B下归一化V2(f)谱，如图9所示，首先，增加正弦交流磁场强度相当于提高磁场存在时间，磁场强度增强， MNP结合概率增大，会使临界频率向频率增加的方向移动；其次，对于不同粒径MNP，随流体力学体积增大，布朗弛豫时间增加，但随着磁场频率的增加，粒子能够与磁场保持同步的临界频率向频率降低的方向移动，因此：在三种最适浓度的标准品中，随着磁场强度的增大，从0.8mT到5.0mT，临界频率也依次增大，归一化V2信号的上升趋势也在增强；对于不同尺寸大小的MNP，临界频率与MNP粒径成反比，300nm的MNP临界频率最小，100nm的MNP临界频率最大。
以上三个实验，验证了MNP在弛豫过程聚集形成链式结构，同时也证明了所搭设备具有较强的MNP流体力学体积分辨力，能够实现低磁场下的频谱分析。鉴于MNP在弛豫过程中的特性，将其运用在核酸探针检测滚环扩增反应中，可以快速的现场核酸扩增检测，有望应用于POCT。
在核酸探针检测滚环扩增反应中，采用以下步骤进行：
第一步，环形模板制备，配制100μL连接反应体系用于制备RCA 模板：10μL连接反应缓冲液(10×，括号内为原液浓度，下同)， 5μL连接酶(5U/μL)，10μL牛血清白蛋白(2mg/mL)，10μL 线性模板(1μM，序列为5'-GGA GTA GAG CAG TCG AAC TAG ATA TAC GTA GTAGGT TGT GTG GTT GTT CTA GAT TTA AGT AGC GTC AGA TGG TAT TCC-3'，5'端磷酸化修饰)，4.5μL引物(1μM，序列为5'-TTT TTT TTT GTT CGA CTG CTC TAC TCC GGA ATA CCATCT GAC GCT-3'，5' 端生物素化修饰)，60.5μL水，将该连接反应体系置于金属浴恒温器，在50℃条件下反应30min，反应结束后梯度稀释(5.63—21.97 pM)，4℃保存；
第二步：：MNP修饰，首先取6.5μL链霉亲和素修饰的300nm MNP(10mg/mL)，用Tris-HCl缓冲液洗涤一次，使用磁性分离器除去洗涤液；加65μL Tris-HCl缓冲液，充分振荡重悬MNP至1 mg/mL；取6μL MNP(1mg/mL)分别混合30μL不同浓度的连接反应产物及空白对照，振荡混匀后置于金属浴恒温器37℃孵育30 min；
第三步：MNP表面RCA，配制60μL MNP表面RCA体系：36μL 修饰有连接反应产物的MNP(0.17mg/mL)，6μL Phi29缓冲液 (10×)，6μL牛血清白蛋白(2mg/mL)，2μL dNTP混合液(10 mM每种)，1μL Phi29 DNA聚合酶(10U/μL)，9μL水。将该 MNP表面RCA体系置于金属浴恒温器，在37℃条件下反应1h；
第四步：MNP表面RCA效果评估，以粒径为300nm的MNP作为标记物，在其表面进行RCA可生成微米级长单链DNA，在水溶液中可极大提高MNP的流体力学体积，MNP表面连接的引物和模板浓度的不同会导致RCA反应后产物量的不同，近似看作改变MNP流体力学体积(MNP大小未改变)，公式MNP流体力学体积Vh的改变会改变布朗弛豫时间，从而影响MNP的弛豫过程，施加交流正弦磁场，磁场强度B3＝5.00mT，磁场变化方式与数据采集卡采集模式不变，以直流分量做归一化，绘制在MNP表面进行RCA归一化V2(f)谱，如图10 所示，检测频率测量范围是从fremin＝0.3Hz到fremax＝300Hz，由图10 可知，粒径300nm MNP在B3＝5.00mT条件下，临界频率大约在1Hz，故无法在归一化V2(f)谱中看到连接有RCA产物的300nm MNP的临界频率，但是随着MNP上修饰DNA浓度的增大，MNP的流体力学体积Vh增大，归一化V2信号幅值降低，即能够验证该设备在表征MNP流体力学体积上具有更强的分辨能力。
需要说明的是上述RCA为滚环扩增(Rolling circle amplification,RCA)，是一种等温核酸扩增方式，需要一条锁式探针与靶序列杂交后，通过连接酶连接成环状模板，引物(靶基因)与环状模板匹配后在DNA聚合酶作用下沿环延伸并不断置换先前产生的延伸链，生成重复的长单链DNA产物。RCA产物可与修饰有MNP的检测探针杂交，增加MNP流体力学体积。基于光磁传感原理，该设备可通过检测MNP实现对RCA引物(靶基因)的定量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，包括基座(1)，其特征在于：所述基座(1)上从右到左依次设置有激光器组件(2)、第一线圈(3)、待测样品组件(4)、第二线圈(5)和探测器组件(6)，所述激光器组件(2)、第一线圈(3)、待测样品组件(4)、第二线圈(5)和探测器组件(6)同轴设置，且激光器组件(2)包括激光器支架(21)和固定设置在激光器支架(21)一端的激光器(22)，所述激光器(22)发出激光透过所述待测样品组件(4)内的磁性纳米颗粒胶体悬液，所述第一线圈(3)和第二线圈(5)并联连接，且第一线圈(3)和第二线圈(5)中间沿光路方向产生均匀变化的交流振荡磁场B(t)，所述探测器组件(6)包括移动轴(61)和设置在移动轴(61)一侧壁的光电探测器(62)，所述光电探测器(62)接收透过待测样品组件(4)上待测样品的光信号，并将光信号转换为电压信号，该电压信号为光电探测器(62)的输出电压V(t)，所述基座(1)上还设置有信号采集模块和信号调理模块，其中信号调理模块提供交流电流，并通过软件控制其输出改变交流振荡磁场B(t)，磁性纳米颗粒在交流振荡磁场B(t)作用下，对光信号产生周期性影响，该信号经光电探测器(62)接收并转换为电压信号传入信号采集模块进行采集并存入计算机内存中，再经Matlab软件对数据进行处理分析，得到频谱曲线用于磁性纳米颗粒粒径分析。
2.根据权利要求1所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述第一线圈(3)和第二线圈(5)为两个结构完全相同的构件，且第一线圈(3)和第二线圈(5)对称分布在待测样品组件(4)的两侧。
3.根据权利要求1所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述待测样品组件(4)包括待测样品支架(41)，所述待测样品支架(41)顶部开设有用于放置待检测的磁性纳米颗粒胶体悬液的待测样品放置槽(42)。
4.根据权利要求1所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述激光器(22)发出的激光光源为450nm的蓝色激光源。
5.根据权利要求1所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述交流振荡磁场B(t)可表述为：B(t)＝B0sin(2πft)＝B0sin(ωt)，其中f是磁场频率，ω是磁场角频率，当交流振荡磁场B(t)中的磁性纳米颗粒被磁化时，沿其易轴方向产生磁矩。
6.根据权利要求1所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述光电探测器(62)的输出电压V(t)的计算公式为：其中Vref是磁场为零时的输出电压，V2是二次谐波，/>是输出电压V(t)对振荡交流振荡磁场B(t)的相位差，所述相位差/>随磁场频率f增加而增加，且输出电压V(t)与磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB相关，所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB取决于环境温度、溶液粘度和磁性纳米颗粒的流体力学体积。
7.根据权利要求6所述的基于光学磁驱相差检测的磁性纳米颗粒粒径分析系统，其特征在于：所述磁性纳米颗粒布朗弛豫时间τB的计算公式为：其中，Vh为粒子的流体力学体积，η为溶液粘度，kB为波尔茨曼常量，T为绝对温度。
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