量子增强的葡萄糖检测装置及检测方法

本发明涉及葡萄糖检测领域，更具体地涉及一种量子增强的葡萄糖检测装置及检测方法。

背景技术：

1、葡萄糖检测对糖尿病等疾病的疾病诊断、病情控制和药物研发具有重要的意义。同时葡糖检测也在食品健康领域发挥着重要的作用。

2、临床上常用于检测葡萄糖浓度的方法是基于葡萄糖氧化酶-过氧化物酶（god-pod）联合催化反应。葡萄糖在氧化酶的作用下生成葡萄酸和过氧化氢。过氧化物酶催化过氧化氢与色原（比如四甲基苯丙胺tmb）反应，产生有色的氧化物。产生的颜色变化可以通过分光光度计测量，进而得到血糖浓度。

3、然而，基于上述检测方法所需的样品用量较大，不满足探测微量血糖的需求，且在一定程度上会受到维生素c等还原性物质的影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种量子增强的葡萄糖检测装置及检测方法。

2、本发明的一个方面提供了一种量子增强的葡萄糖检测装置，包括：样品单元，适用于容纳葡萄糖以及催化剂的混合溶液的反应，生成自由基；泵浦光单元，适用于生成激发光束并将激发光束发射到样品单元；固态自旋传感器，设置于样品单元中，适用于响应泵浦光单元发射的第一激发光束的激发而发生极化，并响应于自由基的作用而加速退极化，固态自旋传感器还响应于泵浦光单元发射的第二激发光束的激发而产生荧光信号；检测单元，适用于接收固态自旋传感器产生的荧光信号，并基于荧光信号确定葡萄糖的浓度。

3、根据本发明的实施例，样品单元包括样品微室，固态自旋传感器设置于样品微室的底部并构成样品微室的下底面。

4、根据本发明的实施例，样品微室包括多个，多个样品微室间隔的设置于固态自旋传感的顶部。

5、根据本发明的实施例，还包括操控场单元，适用于向样品单元发射电磁场，以调控固态自旋传感器所处的量子态。

6、根据本发明的实施例，操控场单元包括：微波源，适用于发射脉冲微波；以及微带天线，与样品单元连接，适用于将脉冲微波传输到样品单元内，以向固态自旋传感器施加电磁场。

7、根据本发明的实施例，泵浦光单元包括：光源，适用于产生与固态自旋传感器相对应波长的激发光束；第一波片，设置于光源的光路下游，用于调节激发光束从第一波片出射的偏振方向；偏振分束器，设置于第一波片的光路下游，用于根据偏振方向将激发光束分向目标路径；声光调制器，设置于偏振分束器的光路下游，适用于调节激发光束的脉冲宽度；第二波片，设置于声光调制器的光路下游；用于二次调节激发光束从第二波片出射的偏振方向；第一反射镜，设置于第二波片的光路下游，适用于将激发光束反射回第二波片；准直器，设置于偏振分束器的光路下游，用于将激发光束空间滤波并转换为准直光束输出。

8、根据本发明的实施例，检测单元包括：第一透镜，设置于荧光信号出射的光路下游，适用于使荧光信号聚焦到针孔，以对荧光信号进行空间滤波；第二透镜，设置于第一透镜的光路下游，适用于对荧光信号进行准直；第三透镜，设置于第二透镜的光路下游，适用于对荧光信号进行汇聚；以及单光子探测器，用于接收经第三透镜汇聚的荧光信号。

9、本发明的另一个方面提供了葡萄糖检测方法，包括：向样品单元内加入葡萄糖以及催化剂的混合溶液进行反应，生成自由基；在第一时刻，利用泵浦光单元向样品单元发射第一激发光束，使得样品单元中的固态自旋传感器发生极化，并在自由基的作用下发生加速退极化；在第二时刻，利用泵浦光单元向样品单元发射第二激发光束，使得固态自旋传感器产生荧光信号；调整第一时刻和第二时刻的时间间隔，利用检测单元分别检测固态自旋传感器在多个不同时间间隔下的荧光信号；根据固态自旋传感器在多个不同时间间隔下的荧光信号，确定葡萄糖的浓度。

10、根据本发明的实施例，在利用泵浦光单元向样品单元发射第二激发光束，使得固态自旋传感器产生荧光信号之前，还包括利用操控场单元向样品单元发射电磁场，以调控固态自旋传感器所处的量子态。

11、根据本发明的实施例，根据固态自旋传感器在多个不同时间间隔下的荧光信号，确定葡萄糖的浓度包括：根据固态自旋传感器在多个不同时间间隔下的荧光信号，确定布居度-演化时间曲线；根据布居度-演化时间曲线，得到固态自旋传感器在自由基作用下的退极化速率；根据退极化速率，确定葡萄糖的浓度。

12、根据本发明提供的量子增强的葡萄糖检测装置，通过固态自旋传感器来对葡萄糖催化反应后的自由基直接进行探测，可不再依赖特定的还原剂色原；并且由于固态自旋传感器只探测自身周围范围内的自由基信号，因此可以大大减小样品用量至纳升以下和提升空间分辨率至纳米尺度，在将检测限提高一到两个量级的同时，还减少样品用量，实现优秀的空间分辨率。

技术特征：

1.一种量子增强的葡萄糖检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品单元（1）包括样品微室（13），所述固态自旋传感器（12）设置于所述样品微室（13）的底部并构成所述样品微室（13）的下底面。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述样品微室（13）包括多个，多个所述样品微室（13）间隔的设置于所述固态自旋传感器（12）的顶部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括操控场单元（4），适用于向所述样品单元（1）发射电磁场，以调控所述固态自旋传感器（12）所处的量子态。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述操控场单元（4）包括：

6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述泵浦光单元（2）包括：

7.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述检测单元（3）包括：

8.一种基于根据权利要求1~7中任一项所述装置的葡萄糖检测方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述利用泵浦光单元向所述样品单元发射第二激发光束，使得所述固态自旋传感器产生荧光信号之前，还包括：

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述根据固态自旋传感器在多个不同所述时间间隔下的荧光信号，确定葡萄糖的浓度，包括：

技术总结本发明提供了一种量子增强的葡萄糖检测装置及检测方法，该量子增强的葡萄糖检测装置，包括：样品单元，适用于容纳葡萄糖以及催化剂的混合溶液的反应，生成自由基；泵浦光单元，适用于生成激发光束并将激发光束发射到样品单元；固态自旋传感器，设置于样品单元中，适用于响应泵浦光单元发射的第一激发光束的激发而发生极化，并响应于自由基的作用而加速退极化，固态自旋传感器还响应于泵浦光单元发射的第二激发光束的激发而产生荧光信号；检测单元，适用于接收固态自旋传感器产生的荧光信号，并基于荧光信号确定葡萄糖的浓度。技术研发人员：张琪,殷俊,李敏,石发展,杜江峰受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27