本发明专利技术公开了一种耦合磁成像装置及测量方法，该装置包括：样品台、微波装置、激光装置和外磁场装置，样品台包括棱镜、金刚石，金刚石固定于棱镜正上方，样品台采用金刚石中的氮空位缺陷作为量子磁传感器；微波装置包括微波信号发生器和中心对称的辐射结构，微波信号发生器用于发射微波信号，辐射结构用于接收所述微波信号，并作为微波天线向金刚石的氮空位缺陷辐射微波磁场；激光装置用于发射中心波长为532nm的激光，激光以一定角度入射棱镜；外磁场装置位于样品台上方，与样品台的竖直方向呈一定角度，用于向金刚石的氮空位缺陷提供稳定磁场；其中，样品台以插件模式耦合于光学显微镜。样品台以插件模式耦合于光学显微镜。样品台以插件模式耦合于光学显微镜。
【技术实现步骤摘要】
耦合磁成像装置及测量方法
[0001]本专利技术涉及生命科学测量领域，具体涉及磁成像探测领域，尤其涉及一种耦合磁成像装置及测量方法。
技术介绍
[0002]光、电、热和磁等都是生命科学测量中涉及到的重要物理量，其中使用最广的是光成像。光成像尤其是荧光成像，能够拓展生物医学研究的视野，但是，由于生物样品中的背景信号和荧光信号不稳定，光成像很难绝对定量。磁成像或磁共振成像具有穿透性高、背景影响低和稳定等特点，在一些重要的应用场景下有很广泛的应用，比如医学磁共振成像、脑磁测量、尤其是生物磁感应等需要对磁场或者磁信号进行直接测量的领域。如果将磁成像与光成像等其它成像技术联用，在增加生物样品测量信息的同时，还能够提高生物样品测量的精确性。
[0003]利用磁成像技术测量生物样品时，需要考虑室温大气环境、较好的空间分辨率和生物相容性等因素。现有的磁成像技术主要包括：超导量子干涉仪、磁光克尔显微镜、原子磁力显微镜、洛伦兹电镜和原子气磁力计。超导量子干涉仪虽然能够通过增大线圈实现高测磁灵敏度，但是也会增加传感器的尺寸，限制空间分辨率。并且由于超导量子干涉仪的测量环境需要超导低温，使得探头和样品之间的距离比较难靠近，不仅限制样品的空间分辨率还增加了测量难度。磁光克尔显微镜虽然能够实现样品的无损测量，也能够与光学显微镜兼容，但是无法精确测量磁场强度，同时也会因本身的光学特性影响生物样品的测量准确性，无法测量分散的磁性颗粒。其他磁成像技术方法很难与光成像兼容，并且在测量时需要扫描，难以满足对于生物样品检测的室温大气的要求。因此，需要设计一种能与光成像耦合的适用于生物样品检测的磁成像装置，在不影响光学显微镜原有功能的情况下，增加磁场探测的模式，使得光成像和磁成像都具有微米级的空间分辨率。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种耦合磁成像装置及测量方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0005]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面的实施例，提供了一种耦合磁成像装置，包括：样品台，包括棱镜、金刚石，金刚石固定于棱镜正上方，样品台采用金刚石中的氮空位缺陷作为量子磁传感器；微波装置，包括微波信号发生器和中心对称的辐射结构，所述微波信号发生器用于发射微波信号，所述辐射结构用于接收所述微波信号，并作为微波天线向金刚石氮空位缺陷辐射微波磁场；激光装置，用于发射中心波长为532nm的激光，激光以一定角度入射棱镜；外磁场装置，位于样品台上方，与样品台的竖直方向呈一定角度，用于向金刚石的氮空位缺陷提供稳定磁场；其中，样品台以插件模式耦合于光学显微镜。
[0006]根据本专利技术的实施例，其中，棱镜包括道威棱镜或矩形棱镜。
[0007]根据本专利技术的实施例，其中，激光装置发射的激光入射棱镜，通过所述棱镜在所述
金刚石的第一表面内实现全反射，所述第一表面为金刚石与待测样品的接触面。。
[0008]根据本专利技术的实施例，其中，辐射结构包括样品孔、固定孔、微波接口、导体铜层和铜丝，样品孔位于辐射结构的中心，用于放置金刚石；导体铜层位于样品孔的两侧，具有抛物线和圆弧平滑连接结构，使得铜丝的走向旋转90
°
；微波接口位于辐射结构的两端，与导体铜层相连；铜丝位于金刚石上方，跨过样品孔与导体铜层焊接在一起；固定孔用于将辐射结构固定于样品台。
[0009]根据本专利技术的实施例，其中，铜丝的延伸方向平行于辐射结构的短边方向，以使所述铜丝在所述金刚石表面产生的磁场方向与所述金刚石的氮空位缺陷的夹角一致。
[0010]根据本专利技术的实施例，耦合磁成像装置还包括成像装置，其中，成像装置位于样品台上方，用于采集待测样品的成像信号，并将成像信号转换为二进制数据。
[0011]根据本专利技术的实施例，还包括数据处理装置，用于将二进制数据转换为十进制数据，并采用图形处理器处理十进制数据。
[0012]作为本专利技术的另一个方面的实施例，还提供了一种应用于上述耦合磁成像装置的测量方法，包括：连接耦合磁成像装置和光学显微镜，调整激光装置，以便在金刚石的第一表面内形成激光光斑；响应于接收到来自外磁场装置的磁场，调整光学显微镜，以便在光学显微镜的视野中形成强度最大、均匀分布的荧光图像；通过调整微波装置和成像装置的测量参数，采集待测样品的成像信号，并将成像信号转换为二进制数据；将二进制数据转换为十进制数据；采用图形处理器处理十进制数据，得到待测样品的磁图像。
[0013]根据本专利技术的实施例，其中，采集待测样品的成像信号包括：改变微波装置发射微波的微波频率，交替扫描所述金刚石的左共振峰和右共振峰，以同时采集所述金刚石的左共振峰数据和右共振峰数据。
[0014]根据本专利技术的实施例，其中，采用图形处理器处理十进制数据，得到待测样品的磁图像包括：累加每个像素点的多次测量数据，得到每个像素点的连续波谱；基于每个像素点的连续波谱，确定洛伦兹拟合的初值；图形处理器并行处理十进制数据，获得所述金刚石的左共振峰频率图和右共振峰频率图，结合金刚石的旋磁比，得到总磁场分布图像；基于待测样品的梯度阈值，对总磁场图像进行全局多参数多项式拟合，得到外磁场分布图像；基于总磁场分布图像和外磁场分布图像，得到待测样品的磁图像。
[0015]根据本专利技术的上述示例提供的耦合磁成像装置，样品台以插件模式耦合到光学显微镜上，利用金刚石的氮空位缺陷作为量子磁传感器实现对生物样品的磁成像测量，能够降低光学显微镜的拓展成本和拓展难度，提高磁成像测量平台的兼容能力。此外，通过设置微波装置的辐射结构、激光装置发射的激光与棱镜的入射关系，耦合磁成像装置还能够提高激光功率。本专利技术的耦合磁成像装置能够实现兼容光成像的磁成像测量，避免生物样品的过度损伤，同时该耦合磁成像装置的磁成像和光成像都具有微米级的空间分辨率。因此，本专利技术提供的耦合磁成像装置可以应用在磁纳米颗粒介导的生物传感、生物磁感应、高热疗法评估和磁共振造影剂分析等领域。
[0016]根据本专利技术的上述示例提供的耦合磁成像装置的测量方法，通过调整激光装置发射的激光角度，形成关于棱镜内表面全反射的激发光路，实现对金刚石氮空位缺陷的高功率激发，能够避免激光功率对生物样品产生损伤。通过改变微波装置的参数信息采集待测样品的成像信号，实现提高磁成像效率的同时还能够提高图像对比度；通过图形处理器处
理成像信号还能够提高数据处理效率。因此，本专利技术提出的耦合磁成像装置的测量方法，具有磁成像采集效率高、磁成像处理效率高、成像图像对比度高的特点。
附图说明
[0017]为了更完整地理解本专利技术及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0018]图1是根据本专利技术的实施例的耦合磁成像装置的系统架构示意图；
[0019]图2是根据本专利技术的实施例的耦合磁成像装置的结构示意图；
[0020]图3A是图2所示的耦合磁成像装置的激光入射道威棱镜的示意图；
[0021]图3B是图2所示的耦合磁成像装置的激光入射矩形棱镜的示意图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种耦合磁成像装置，其特征在于，包括：样品台，包括棱镜、金刚石，所述金刚石固定于所述棱镜正上方，所述样品台采用金刚石中的氮空位缺陷作为量子磁传感器；微波装置，包括微波信号发生器和中心对称的辐射结构，所述微波信号发生器用于发射微波信号，所述辐射结构用于接收所述微波信号，并作为微波天线向所述金刚石的氮空位缺陷辐射微波磁场；激光装置，用于发射中心波长为532nm的激光，所述激光以一定角度入射所述棱镜；外磁场装置，位于样品台上方，与所述样品台的竖直方向呈一定角度，用于向所述金刚石的氮空位缺陷提供稳定磁场；其中，所述样品台以插件模式耦合于光学显微镜。2.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述棱镜包括道威棱镜或矩形棱镜。3.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述激光装置发射的激光入射所述棱镜，通过所述棱镜在所述金刚石的第一表面内实现全反射，所述第一表面为金刚石与待测样品的接触面。4.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述辐射结构包括样品孔、固定孔、微波接口、导体铜层和铜丝，所述样品孔位于辐射结构的中心，用于放置所述金刚石；所述导体铜层位于所述样品孔的两侧，具有抛物线和圆弧平滑连接结构，使得所述铜丝的走向旋转90
°
；所述微波接口位于所述辐射结构的两端，与所述导体铜层相连；所述铜丝位于所述金刚石上方，跨过所述样品孔与所述导体铜层焊接在一起；所述固定孔用于将所述辐射结构固定于所述样品台。5.根据权利要求4所述的耦合磁成像装置，其中，所述铜丝的延伸方向平行于所述辐射结构的短边方向，以使所述铜丝在所述金刚石表面产生的磁场方向与所述金刚石的氮空位缺陷的夹角一致。6.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，还包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：石发展，徐瑶，李万和，陈三友，王鹏飞，孙梓庭，蔡明诚，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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