太赫兹光谱量子弱测量方法、系统及应用

本发明涉及太赫兹，尤其涉及太赫兹光谱量子弱测量方法、系统及应用。

背景技术：

1、药物手性的研究在药物设计与合成、蛋白结构测定等生物医药领域至关重要，关乎人类健康。诸多手性药物与生物体中蛋白相互作用时，会表现出截然不同的药理、毒理活性和药物动力学特征等。识别检验药物手性势在必行，极其重要。

2、目前常用的手性分子鉴别方法主要有：色谱法(高效液相色谱法、气相色谱法、超临界流体色谱法)、毛细管电泳法(毛细管区带电泳、毛细管电色谱法)、光谱法(圆二色光谱法、拉曼光谱法)。以上方法存在一种或多种下述弊端：操作繁琐、属于有损检测、依赖于标准品、局限性较强、检测限较高等，均不是理想方法。相比较于可见光等其它波段，太赫兹(terahertz，thz，频率为0.1-10thz)电磁波对于分子的低频振动具有很强的敏感性和指纹性。太赫兹技术作为一种非接触、无标记、非电离的探测方法，具有分子构象和弱相互作用的有效探测能力，在手性分子构象识别方面具有较强的检测优势和应用潜力。但目前常用的太赫兹时域光谱技术大多滞留于光谱测试和定性分析上，难以实现定量检测，且灵敏度远远不能满足需求。

3、因此建立一种太赫兹光谱量子弱测量技术及系统，利用太赫兹波频段与大分子振动、转动、构象变化引起的能级间距相匹配的特征指纹性和量子弱测量放大信号而不放大技术噪声的高灵敏特性，极大提高手性分子的检测灵敏度，满足手性药物高灵敏构象识别的需求。

技术实现思路

1、为了解决目前手性待测样品的待测量灵敏度不足的缺陷，本发明提出太赫兹光谱量子弱测量方法、系统及应用。

2、本发明采用的技术方案是：

3、太赫兹光谱量子弱测量方法，应用于太赫兹光谱量子弱测量系统，所述系统包括第一偏振片、第二偏振片、太赫兹时域光谱单元、发射端、探测端、样品载体及太赫兹光谱量子弱测量计算单元，所述方法包括：

4、前选择，由太赫兹时域光谱单元通过发射端发出的入射太赫兹波，经第一偏振片选择的偏振态，作为量子前选态；

5、后选择，经第二偏振片选择的偏振态，作为量子后选态；

6、测量前，量子前选态与量子后选态互为正交；

7、弱耦合作用，待测样品置于第一偏振片与第二偏振片之间，太赫兹波与待测样品作用后，太赫兹波光谱被太赫兹时域光谱单元通过探测端接收太赫兹波后测量；

8、构建太赫兹光谱量子弱测量模型，计算后选择中因太赫兹波与待测样品作用引起的太赫兹波偏振态变化值β；

9、太赫兹波偏振态变化值β反映待测样品的待测量x。

10、工作时，本申请创造性地采用选定一太赫兹偏振状态(量子前选态)，被测量的微小变化对太赫兹波偏振态，产生一种“微”扰动，再用强测量方法将被扰动量投影到量子后选态上，从而建立太赫兹量子弱测量体系。

11、优选的，待测量x∝β，通过标定，即可由β计算得到待测量x；方便对待测量x的定量计算，有益于提高测量精度和灵敏度。

12、优选的，所述太赫兹波与待测样品作用时，量子前选态为与x方向成π/4，量子后选态为与x方向成3π/4-β；利用目前成熟的π/4及3π/4偏振态，方便进行测量调试，有利于提高测量精度和灵敏度。

13、优选的，所述太赫兹光谱量子弱测量模型：

14、

15、

16、

17、

18、

19、

20、

21、

22、其中，aw为量子弱值，β为太赫兹波偏振态变化值，imaw为aw的虚部；g0为太赫兹波与被测样品作用下的耦合强度；p为太赫兹波的光子动量；δp为太赫兹波的光子动量的变化量；δλ为太赫兹波的波长移动量；λ0对应光子动量p0，δλ为光谱宽度。

23、优选的，太赫兹波与待测样品作用方式采用透射模式或金属光栅-折射模式，方便太赫兹波关于旋光性(度)及折射率进行弱耦合作用。

24、优选的，当处于透射模式下，样品载体为样品池，待测样品的待测量x为旋光性b。

25、优选的，当处于金属光栅-折射模式下，样品载体为镀有金属光栅的棱镜，待测样品的待测量x为折射率c。

26、本发明还提供了一种太赫兹光谱量子弱测量系统，包括，

27、第一偏振片，被配置在太赫兹时域光谱单元的太赫兹波入射端，以选择出量子前选态的太赫兹波；

28、待测载体，被配置在第一偏振片与第二偏振片之间，以使量子前选态的太赫兹波与待测载体上的待测样品弱耦合；

29、第二偏振片，被配置在太赫兹时域光谱单元的太赫兹波探测端，以选择出量子后选态的太赫兹波；测量前，量子后选态与量子前选态互为正交；

30、太赫兹时域光谱单元，被配置为发射、调节、探测、光谱测量太赫兹波；

31、及太赫兹光谱量子弱测量计算单元，被配置为根据太赫兹光谱量子弱测量模型及太赫兹波的光谱计算后选择中太赫兹波偏振态变化值及待测样品的待测量。

32、优选的，所述系统还包括；

33、半波片和第一聚焦透镜，被配置在太赫兹波入射端与第一偏振片之间，以调节入射的太赫兹波强度；

34、以及第二聚焦透镜，被配置在第二偏振片与太赫兹波探测端之间，以聚焦探测。

35、优选的，待测载体为样品池或镀有金属光栅的棱镜。

36、本发明还提出了上述太赫兹光谱量子弱测量系统在手性药物高灵敏检测中的应用。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、1、本发明提出的基于量子弱值放大效应的太赫兹量子弱测量技术，能够突破目前太赫兹技术的痕量检测极限。选定一个太赫兹偏振状态(前选态)，被测量的微小变化对其产生一种“微”扰动，再用强测量将被扰动系统态投影到后选态上，进而建立太赫兹量子弱测量体系。大多手性药物在太赫兹波段具有共振吸收性，有益于利用手性分子的旋光度微变化作为弱耦合作用，实现手性药物的高灵敏构象识别。

39、2、建立太赫兹量子弱测量理论基础，即太赫兹量子弱值放大效应传递函数模型，是太赫兹光谱量子弱测量技术及系统的基础和支撑。

40、3、融合太赫兹时域光谱技术和量子弱测量技术，在太赫兹时域光谱系统上构建量子弱测量体系，建立透射模式和金属光栅-折射模式可大幅提高物质旋光度和折射率的检测精度，发展一种新式无标记太赫兹痕量检测技术。

41、4、本发明涉及的太赫兹光谱量子弱测量技术与系统与目前常用的太赫兹时域光谱技术相比，其测量灵敏度有望提高2-3个数量级。

技术特征：

1.太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，应用于太赫兹光谱量子弱测量系统，所述系统包括第一偏振片、第二偏振片、太赫兹时域光谱单元、发射端、探测端、样品载体及太赫兹光谱量子弱测量计算单元，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，所述太赫兹波与待测样品弱耦合作用时，太赫兹波的量子前选态为与x方向成3π/4，量子后选态为与x方向成3π/4-β，β为后选择中太赫兹波偏振态变化值。

3.根据权利要求2所述的太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，太赫兹光谱量子弱测量模型：

4.根据权利要求1所述的太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，所述太赫兹波与待测样品弱耦合作用方式采用透射模式或金属光栅-折射模式。

5.根据权利要求4所述的太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，当处于透射模式下，样品载体为样品池，待测样品的待测量为旋光性。

6.根据权利要求4所述的太赫兹光谱量子弱测量方法，其特征在于，当处于金属光栅-折射模式下，样品载体为镀有金属光栅的棱镜，待测样品的待测量为折射率。

7.太赫兹光谱量子弱测量系统，其特征在于，包括：

8.一种根据权利要求7所述的太赫兹光谱量子弱测量系统，其特征在于，所述系统还包括；

9.一种根据权利要求7所述的太赫兹光谱量子弱测量系统，其特征在于，所述样品载体为样品池或镀有金属光栅的棱镜。

10.一种根据权利要求7-9任一的太赫兹光谱量子弱测量系统在手性药物高灵敏检测中的应用。

技术总结
本发明提供了太赫兹光谱量子弱测量方法、系统及应用，属于太赫兹技术领域，该太赫兹光谱量子弱测量方法应用于太赫兹光谱量子弱测量系统，所述系统包括第一偏振片、第二偏振片、太赫兹时域光谱单元、发射端、探测端及样品载体，本发明提出的基于量子弱值放大效应的太赫兹量子弱测量方法及系统，能够突破目前太赫兹技术的痕量检测极限。本发明通过选定一个太赫兹偏振状态(前选态)，被测量的微小变化对其产生一种“微”扰动，再用强测量将被扰动系统态投影到后选态上，进而建立太赫兹量子弱测量体系；大多手性药物在太赫兹波段具有共振吸收性，有益于利用手性分子的旋光度微变化作为弱耦合作用，实现手性药物的高灵敏构象识别。

技术研发人员：常天英,崔洪亮,路星星,魏东山,汪岳峰
受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15