[发明专利]一种二维谱成像系统和二维成像方法

说明书

本发明提供了一种二维谱成像系统和二维成像方法，将待测样品分子与金刚石NV色心耦合，通过激光脉冲和微波脉冲序列激发和调控金刚石NV色心在光探测核磁共振下产生的荧光，通过不同参数的微波脉冲序列使得NV色心具有不同的电子自旋量子态，通过NV色心的电子自旋与待测样品分子的核自旋的耦合作用，使得待测样品分子具有不同的核自旋量子态，并根据不同核自旋量子态下采集的荧光的关联二维谱，获得待测样品分子与NV色心的耦合信息以及待测样品分子的结构信息。基于此，本发明中只需要将少量的待测样品分子与金刚石NV色心耦合即可测出待测样品分子的结构，此外，还可以显著提高待测样品结构检测的灵敏度。

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，更具体地说，涉及一种二维谱成像系统和二维成像方法。

背景技术

随着利用金刚石中氮—空位缺陷结构的光探测核磁共振技术的发展，以该体系作为磁信号量子探测器的微观核磁共振技术已经实现纳米级分辨率。并且，单自旋灵敏度的微观核磁共振，在空间分辨率和灵敏度上较传统核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)具有较大提升。

在传统的一维核磁共振中，如果待测样品中的核自旋成分较多，耦合情况较复杂，会使得谱线难以区分，这导致难以区分谱线的移动是核与核之间的耦合还是化学位移。

为了提升核磁共振区分谱线间关系的能力，可以在核自旋演化过程中引入第二个时间维度，这种方法被称为二维核磁共振。二维核磁共振将谱线分散到一个平面上，使得各谱线更好地被区分，同时二维谱线能够提供一维谱线中所不包含的各谱线间的关联，这些关联信号可以用来推测样品的结构特征。但是，传统的二维核磁共振方法所需的样品量较大，且分辨率难以达到单个分子的量级。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种二维谱成像系统和二维成像方法，以减少检测所需的样品量，提高二维核磁共振的分辨率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二维谱成像系统，包括：

激光产生单元，用于产生激光脉冲，并将所述激光脉冲聚焦于与待测样品分子耦合的金刚石NV色心上；

微波产生单元，用于产生微波脉冲序列，并将所述微波脉冲序列传输到所述NV色心上，所述NV色心在所述激光脉冲和所述微波脉冲序列的光核磁共振下产生荧光，所述微波脉冲序列为动力学解耦微波序列；

信号采集单元，用于采集所述NV色心辐射出的荧光的光子数，以便控制单元根据所述荧光的光子数，获得所述荧光的关联二维谱；

所述控制单元，用于控制所述微波脉冲序列的参数，并通过不同参数的微波脉冲序列使得所述NV色心具有不同的电子自旋量子态，通过所述NV色心的电子自旋与所述待测样品分子的核自旋的耦合作用，使得所述待测样品分子具有不同的核自旋量子态，并根据不同核自旋量子态下荧光的关联二维谱，获得所述待测样品分子与所述NV色心的耦合信息以及所述待测样品分子的结构信息。

可选地，所述激光产生单元包括激光器、声光调制模块、双色镜和显微镜镜头；

所述激光器用于产生连续激光；

所述声光调制模块用于对所述激光器产生的连续激光进行调制，以获得所述激光脉冲；

所述双色镜用于将所述声光调制模块出射的激光脉冲反射至所述显微镜镜头；

所述显微镜镜头用于将所述激光脉冲聚焦到所述NV色心上。

可选地，信号采集单元包括单光子计数器；

所述双色镜还用于将所述NV色心辐射出的荧光透射至所述单光子计数器；