本發(fā)明涉及太赫茲波段檢測，特別是涉及一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器以及快速pcr檢測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(pcr)技術(shù)是一種用于擴(kuò)增特定dna片段的分子生物學(xué)技術(shù)，其基本原理是利用dna聚合酶在高溫條件下通過循環(huán)復(fù)制反應(yīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)dna序列的快速擴(kuò)增，經(jīng)典的pcr通常要經(jīng)歷高溫變性、退火、延伸這三個(gè)階段；在高溫變性時(shí)，反應(yīng)混合物被加熱到94-98攝氏度(通常為95攝氏度)，這樣的高溫導(dǎo)致dna雙鏈之間的氫鍵斷裂，從而使dna雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成兩條單鏈dna；之后反應(yīng)混合物會(huì)經(jīng)歷一個(gè)退火步驟，此時(shí)溫度降低到50-65攝氏度，以允許引物與單鏈dna模板特異性結(jié)合；最后是延伸步驟，溫度通常在72攝氏度左右，此時(shí)dna聚合酶(如taq聚合酶)開始合成新的dna鏈。

2、這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行多個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)都會(huì)使目標(biāo)dna序列的數(shù)量翻倍，從而使得目標(biāo)dna片段的數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長，由于該過程操作簡單、程序固定，對(duì)技術(shù)要求低，使得pcr技術(shù)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全在、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域；然而，由于在高溫下操作使其在結(jié)果的準(zhǔn)確性、檢測時(shí)間、檢測成本受到限制，例如，高溫變性會(huì)導(dǎo)致dna的非特異性解旋，從而產(chǎn)生假陽性結(jié)果，高溫變性可能導(dǎo)致dna的氧化和損傷，這可能影響pcr的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，高溫變性需要精確控制溫度，這增加了實(shí)驗(yàn)的成本和復(fù)雜度；對(duì)核酸檢測能力和效率的要求在不斷提升，因此實(shí)現(xiàn)快速和精準(zhǔn)的pcr檢測變得至關(guān)重要。

3、太赫茲光譜具有非接觸、無標(biāo)記、寬帶檢測，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多生物分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能級(jí)正好位于太赫茲波段內(nèi)；最近，研究發(fā)現(xiàn)rna堿基片段在太赫茲波段有吸收峰，在太赫茲照射下會(huì)快速熔解，因此，用太赫茲激光照射dna分子代替高溫變性過程，可以使分子在較低溫度下解旋，既不會(huì)對(duì)人體和dna分子造成損傷，又可以縮短解旋時(shí)間，在科研和醫(yī)學(xué)的檢測領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間；除此之外，由于rna堿基片段在太赫茲波段有吸收峰，因此，通過設(shè)計(jì)合適的光學(xué)諧振器來增強(qiáng)太赫茲波和分子的耦合效應(yīng)，并利用太赫茲探針能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的pcr檢測；綜上所述，引入太赫茲波加速dna解繞，在利用光學(xué)諧振器和太赫茲探針可以實(shí)現(xiàn)一種快速、高效、精準(zhǔn)的技術(shù)用于pcr的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器以及快速pcr檢測系統(tǒng)和方法，用于解決現(xiàn)有的pcr檢測技術(shù)不僅檢測效率較低，而且檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度也較低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器，包括襯底和設(shè)置在所述襯底上的金屬光柵結(jié)構(gòu)，所述襯底包括相互平行的第一基底和第二基底，所述第一基底和第二基底之間形成腔體，所述金屬光柵結(jié)構(gòu)包括兩層由同一種金屬周期排列組成的金屬光柵，兩層所述金屬光柵分別設(shè)置在所述第一基底和第二基底的外表面上，該技術(shù)方案中的太赫茲導(dǎo)模共振諧振器能夠增強(qiáng)太赫茲波和分子的耦合效應(yīng)，從而便于后續(xù)太赫茲檢測模塊中的太赫茲探針實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的pcr檢測。

4、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一基底和第二基底通過支架相互連接，所述第一基底和第二基底之間的距離可通過螺旋測微計(jì)進(jìn)行調(diào)整，且所述第一基底上的金屬光柵和第二基底上的金屬光柵相互偏移n個(gè)周期。

5、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一基底和第二基底采用的材質(zhì)包括但不限于單晶硅、石英和聚乙烯中的一種或多種，所述金屬光柵結(jié)構(gòu)采用的材質(zhì)包括但不限于金、銀、銅和鋁中的一種，該技術(shù)方案中的金屬光柵結(jié)構(gòu)采用的材質(zhì)都是超表面，所以本發(fā)明將太赫茲技術(shù)與超表面相結(jié)合，從而可以實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的pcr檢測。

6、一種采用所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的快速pcr檢測系統(tǒng)，所述快速pcr檢測系統(tǒng)包括依次在同一光軸放置的微流控發(fā)射模塊、太赫茲波發(fā)射模塊、多個(gè)所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器和太赫茲檢測模塊，所述微流控發(fā)射模塊的發(fā)射口和太赫茲檢測模塊的檢測端之間形成微流分子通道，所述微流分子通道的長度包含并大于所述腔體的長度。

7、于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述太赫茲波發(fā)射模塊的光譜范圍和太赫茲檢測模塊的光譜范圍包含并大于所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的工作頻率范圍。

8、一種采用所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的快速pcr檢測方法，所述快速pcr檢測方法包括以下步驟：取一個(gè)潔凈完整的太赫茲導(dǎo)模共振諧振器，并使用所述太赫茲檢測模塊測量其太赫茲透射譜，并記錄所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的太赫茲透射譜；將所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器按照偏振方向要求固定在樣品架上，取待測樣本溶液通過微流控發(fā)射模塊利用微流分子通道流入所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的腔體內(nèi)；

9、使用所述太赫茲波發(fā)射模塊發(fā)射的太赫茲波照射所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的腔體內(nèi)的待測樣本，從而對(duì)所述腔體內(nèi)的待測樣本進(jìn)行快速解鏈；利用太赫茲檢測模塊測量其太赫茲透射譜，讀取帶有待測樣本信息的太赫茲透射譜，并記錄帶有待測樣本信息的太赫茲透射譜。

10、如上所述，本發(fā)明的一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器以及快速pcr檢測系統(tǒng)和方法，具有以下有益效果：本發(fā)明將太赫茲技術(shù)與諧振器共振技術(shù)相結(jié)合，通過太赫茲波發(fā)射模塊發(fā)射的太赫茲波實(shí)現(xiàn)對(duì)rna堿基片段的快速解鏈，并利用太赫茲導(dǎo)模共振諧振器和太赫茲檢測模塊中的太赫茲探針觀測的光與諧振器的共振耦合效應(yīng)來檢測解鏈的過程，實(shí)現(xiàn)快速pcr檢測，顯著提升pcr檢測速度和準(zhǔn)確性，所以本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了pcr檢測的快速檢測，應(yīng)用于各類分子檢測和診斷，在基因研究、醫(yī)學(xué)檢查、流行病檢測、腫瘤治療等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器，其特征在于：包括襯底(101)和設(shè)置在所述襯底(101)上的金屬光柵結(jié)構(gòu)(102)，所述襯底(101)包括相互平行的第一基底(1011)和第二基底(1012)，所述第一基底(1011)和第二基底(1012)之間形成腔體(103)，所述金屬光柵結(jié)構(gòu)(102)包括兩層由同一種金屬周期排列組成的金屬光柵(1021)，兩層所述金屬光柵(1021)分別設(shè)置在所述第一基底(1011)和第二基底(1012)的外表面上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器，其特征在于：所述第一基底(1011)和第二基底(1011)通過支架相互連接，所述第一基底(1011)和第二基底(1012)之間的距離可通過螺旋測微計(jì)進(jìn)行調(diào)整，且所述第一基底(1011)上的金屬光柵(1021)和第二基底(1012)上的金屬光柵(1021)相互偏移n個(gè)周期。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器，其特征在于：所述第一基底(1011)和第二基底(1012)采用的材質(zhì)包括但不限于單晶硅、石英和聚乙烯中的一種或多種，所述金屬光柵結(jié)構(gòu)(102)采用的材質(zhì)包括但不限于金、銀、銅和鋁中的一種。

4.一種采用權(quán)利要求1所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的快速pcr檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述快速pcr檢測系統(tǒng)包括依次在同一光軸放置的微流控發(fā)射模塊(2)、太赫茲波發(fā)射模塊(3)、多個(gè)所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器(1)和太赫茲檢測模塊(4)，所述微流控發(fā)射模塊(2)的發(fā)射口和太赫茲檢測模塊(4)的檢測端之間形成微流分子通道(5)，所述微流分子通道(5)的長度包含并大于所述腔體(103)的長度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的快速pcr檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述太赫茲波發(fā)射模塊(3)的光譜范圍和太赫茲檢測模塊(4)的光譜范圍包含并大于所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器(1)的工作頻率范圍。

6.一種采用權(quán)利要求1所述太赫茲導(dǎo)模共振諧振器的的快速pcr檢測方法，其特征在于：所述快速pcr檢測方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種太赫茲導(dǎo)模共振諧振器以及快速PCR檢測系統(tǒng)和方法，包括襯底和設(shè)置在所述襯底上的金屬光柵結(jié)構(gòu)，所述襯底包括相互平行的第一基底和第二基底，所述第一基底和第二基底之間形成腔體，所述金屬光柵結(jié)構(gòu)包括兩層由同一種金屬周期排列組成的金屬光柵，兩層所述金屬光柵分別設(shè)置在第一基底和第二基底的外表面上；本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將太赫茲技術(shù)與導(dǎo)模共振諧振器技術(shù)相結(jié)合，通過太赫茲波發(fā)射模塊發(fā)射的太赫茲波實(shí)現(xiàn)對(duì)RNA堿基片段的快速解鏈，并利用太赫茲導(dǎo)模共振諧振器和太赫茲檢測模塊中的太赫茲探針觀測的光與諧振器的共振耦合效應(yīng)來檢測解鏈的過程，實(shí)現(xiàn)快速PCR檢測，顯著提升PCR檢測速度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳麟,朱亦鳴,宋益飛,張峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9