专利名称：一种单分子力谱装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及单分子力谱测量领域，且特别涉及一种基于磁场力的平行大通量单分子力谱装置，具体地说，是一种通过电磁线圈同时对多个磁珠产生作用力从而观察磁珠上连接的分子在该作用力下长度变化或者与其它种类分子作用距离变化的装置。
背景技术：
单分子力谱装置包括光镊、磁镊以及原子力显微镜等。其中，磁镊 (Magnetictweezers)通过磁铁产生磁场梯度，从而对磁珠产生作用力。该作用力可以通过调节磁铁与磁珠的相对位置及本身性质进行改变。磁镊主要分为两类永磁体磁镊和电磁铁磁镊。永磁体磁镊可以产生的作用力相对较大，噪音和漂移较小，相对稳定；而电磁铁磁镊可以通过控制电磁铁线圈中的电流变化来控制电磁场的变化，从而可以更快更容易的控制对磁珠产生的力。磁镊可以对单个分子产生一恒定作用力，该分子也会随之伸展形变；同时也可以测量相互作用的分子之间的作用。这类形变或者作用变化通常可以通过显微镜观测到，通过相机追踪记录。但是磁镊以及其它研究单分子作用力的技术与手段通常只能一次测量一个分子，获得具有统计意义的实验结果十分耗时耗力。在已有磁镊基础上改造的可以同时对多个磁珠施加力并探测这些磁珠的运动轨迹的方法均使用永磁体作为磁场源。该方法虽然可以对一定范围内的分子产生基本相同的作用力，但由于使用永磁体，只能通过调节磁铁与磁珠间的相对位置来控制对磁珠产生的力，因此很难在短时间内快速控制力的变化。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决单分子力谱装置，特别是磁镊在测量过程中的以下缺点传统单分子力谱装置通常只能一次测量一个分子，不能进行大通量平行测量；改进后的磁镊虽然可以同时测量多个分子，但是由于使用永磁体做为磁场源，对分子所产生的力只能通过改变磁铁与磁珠间的相对位置来调节，因此不能快速方便的控制施加于分子上的力。针对上述缺点，本实用新型在传统磁镊的基础上发展了一种新的平行大通量单分子力谱装置，该装置结构简单，操作方便，使用电流控制磁场变化，从而可以快速的控制施加于分子上的作用力。为了达到上述目的，本实用新型提出一种单分子力谱装置，包括电磁线圈，其下设置有衬底，所述衬底与分子样品一端连接，所述分子样品另一端与磁珠连接；直流升压电路，电性连接于电容，用于电容充电，所述电容电性连接于所述电磁线圈；直流稳压电源，通过二极管与所述电磁线圈导通。进一步的，该单分子力谱装置还包括线性霍尔元件，设置于所述分子样品位置处。[0011]进一步的，所述线性霍尔元件连接有示波器，用于探测所述霍尔元件的输出电压。进一步的，该单分子力谱装置还包括倒置明场显微镜，用以同时追踪探测多个磁珠在衬底表面的三维运动。进一步的，该单分子力谱装置还包括高速相机，用以记录磁珠在衬底表面位置。进一步的，所述高速相机的拍摄时间间隔为10ms。进一步的，所述磁珠为超顺磁性磁珠，其表面有一层聚苯乙烯疏水层。本实用新型的测量装置与现有技术相比，不仅装置结构比较简单，操作方便，而且使产生的磁场能被更加迅速方便的控制，使基本相同的恒定外力快速施加到一定区域内多个分子之上，同时可以控制不同恒定外力在短时间内快速切换，也可以通过控制线圈形状或电流变化分别对特定区域内的多个单根分子产生特定不同的恒定作用力或随时间特定变化的作用力，对于平行大通量单分子力谱测量有很大优势。
图1所示为本实用新型的基于磁场力的平行大通量单分子力谱装置的结构示意图。
具体实施方式
请参考图1，图1所示为本实用新型的基于磁场力的平行大通量单分子力谱装置的结构示意图。本实用新型提出一种单分子力谱装置，包括电磁线圈1，其下设置有衬底 2，所述衬底2与分子样品3 —端连接，所述分子样品3另一端与磁珠4连接；直流升压电路 5，电性连接于电容6，用于电容充电，所述电容6电性连接于所述电磁线圈1 ；直流稳压电源 7，通过二极管8与所述电磁线圈1导通。该单分子力谱装置还包括线性霍尔元件9，设置于所述分子样品3位置处。所述线性霍尔元件9，用于追踪电磁线圈1产生磁场，使用示波器10探测霍尔元件9的输出电压。该单分子力谱装置还包括倒置明场显微镜11用以同时追踪探测多个磁珠4在衬底2表面的三维运动；该单分子力谱装置还包括高速相机12，用以每IOms记录一次磁珠4 在衬底2表面位置。 分子样品3分散于衬底2上，其一端与衬底2连接，另一端与磁珠4连接，磁珠4为超顺磁性，表面有一层聚苯乙烯疏水层；样品3包括衬底2与磁珠4放置于电磁线圈1下。当直流升压电路5对电容6充电，使电容6两侧电压达到预定值后，使电容6对电磁线圈1放电，使电磁线圈1中电流迅速上升，与此同时电容6两侧电压随电容6放电而下降，当该电压降至一定值后，连接在直流稳压电源7和电磁线圈1之间的二极管8导通，直流稳压电源7开始对电磁线圈1稳定供电，使电磁线圈1所产生的磁场迅速达到稳定，从而使样品3所受到的作用力在短时间内达到预定值。线性霍尔元件9，其输出电压随其探测到的磁场强度增加而线性增大，使用示波器 10测量其输出电压可以追踪电磁线圈1产生磁场大小及变化。将电磁线圈1以及样品3包括衬底2与磁珠4放置于倒置明场显微镜11载物台上，观察磁珠4在电磁线圈1产生磁场后在衬底2表面三维运动。使用连接与倒置明场显微镜11上的高速相机12，以一定时间间隔记录图像。从而可以确定每隔一定时间磁珠4在衬底2表面位置，由此可以推断出当电磁线圈1产生磁场后，即分子样品3受到恒定作用力后，其随时间变化的形变过程或者不同类分子间的相互作用距离变化过程。如图1所示，调节直流稳压电源7输出不同的电压，并使用相对应的电容6充电电压，则可对电磁线圈1产生不同的电流，即可使电磁线圈1产生不同大小的磁场，从而可以对样品3产生不同大小的恒定作用力或随时间特定变化的作用力。综上所述，本实用新型的测量装置与现有技术相比，不仅装置结构比较简单，操作方便，而且使产生的磁场能被更加迅速方便的控制，使基本相同的恒定外力快速施加到一定区域内多个分子之上，同时可以控制不同恒定外力在短时间内快速切换，也可以通过控制线圈形状或电流变化分别对特定区域内的多个单根分子产生特定不同的恒定作用力或随时间特定变化的作用力，对于平行大通量单分子力谱测量有很大优势。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求1.一种单分子力谱装置，其特征在于，包括电磁线圈，其下设置有衬底，所述衬底与分子样品一端连接，所述分子样品另一端与磁珠连接；直流升压电路，电性连接于电容，用于电容充电，所述电容电性连接于所述电磁线圈； 直流稳压电源，通过二极管与所述电磁线圈导通。
2.根据权利要求1所述的单分子力谱装置，其特征在于，该单分子力谱装置还包括线性霍尔元件，设置于所述分子样品位置处。
3.根据权利要求2所述的单分子力谱装置，其特征在于，所述线性霍尔元件连接有示波器，用于探测所述霍尔元件的输出电压。
4.根据权利要求1所述的单分子力谱装置，其特征在于，该单分子力谱装置还包括倒置明场显微镜，用以同时追踪探测多个磁珠在衬底表面的三维运动。
5.根据权利要求1所述的单分子力谱装置，其特征在于，该单分子力谱装置还包括高速相机，用以记录磁珠在衬底表面位置。
6.根据权利要求5所述的单分子力谱装置，其特征在于，所述高速相机的拍摄时间间隔为IOmsο
7.根据权利要求1所述的单分子力谱装置，其特征在于，所述磁珠为超顺磁性磁珠，其表面有一层聚苯乙烯疏水层。
专利摘要本实用新型提出一种单分子力谱装置，包括电磁线圈，其下设置有衬底，所述衬底与分子样品一端连接，所述分子样品另一端与磁珠连接；直流升压电路，电性连接于电容，用于电容充电，所述电容电性连接于所述电磁线圈；直流稳压电源，通过二极管与所述电磁线圈导通。本实用新型在传统磁镊的基础上发展了一种新的平行大通量单分子力谱装置，该装置结构简单，操作方便，使用电流控制磁场变化，从而可以快速的控制施加于分子上的作用力。
文档编号G01L5/00GK202229869SQ20112037868
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者丹尼尔·恰可夫, 孙洁林, 李小卫, 沈轶, 胡钧, 邵志峰 申请人:上海交通大学