用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置及方法

摘要

一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置，包括两个相互空间垂直的泵浦光路和探测光路、设置在光路交汇处的原子吸收气室、设置在探测光路上且位于原子吸收气室后侧的多通道光电探测器、以及功率放大装置；泵浦光路的初始线偏振激光处理后形成圆偏振光a，准直为平行光a后打入原子吸收气室，形成光泵浦，使生物体内的磁性物质代谢产生的磁场变化可以被探测；探测光路的初始线偏振激光处理后形成圆偏振光b，得到均匀的线状光后穿过原子吸收气室继续传播至多通道光电探测器。本发明还提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置的研究方法。本发明提高了探测的灵敏度、且得到了更全面的药物代谢变化过程的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及光泵磁力仪技术领域，尤其涉及用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置及方法。

背景技术

磁力仪是磁力测量仪器的统称。高灵敏度磁力测量技术在生物医学、地球物理、空间探索以及军事与国防等领域都有着广泛且重要的应用。光泵原子磁力仪是目前比较成熟的高灵敏度磁力仪之一，其中激光光泵原子磁力仪由于单色性好、选择特性优良等优势，能够极大程度地提升性能指标。

原子磁力仪在心脑磁测量、地磁测绘、军事领域等领域有重要的应用前景。碱金属原子自旋极化、磁共振和自旋检测是原子磁力仪中三个主要的物理过程。圆偏振激光与原子自旋的角动量传递使原子系综中的大量原子处于相同的自旋状态，宏观上表现为大量原子自旋具有一致的极化指向。碱金属原子自旋在外磁场中会绕磁场方向进动，进动频率ω＝γB

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置及方法，这种原子磁力仪装置能够同时探测空间中多个不同位置的磁场变化，提高测量结果的准确性。

本发明的第一个方面提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置，包括两个相互空间垂直的泵浦光路和探测光路、设置在泵浦光路和探测光路交汇处的原子吸收气室、设置在原子吸收气室Z轴方向上的一对亥姆霍兹线圈、设置在探测光路上且位于原子吸收气室后侧的多通道光电探测器、以及功率放大装置；

所述泵浦光路包括激光器a，激光器a发射激光光束a；激光光束a依次经过第一个二分之一波片a、第一个偏振分光棱镜a后变为线偏振光a；线偏振光a经过两面反射镜a后、再经过第二个偏振分光棱镜a射出，并依次通过第二个二分之一波片a、第一个四分之一波片a进入光纤耦合器a，光纤耦合器a将线偏振光a耦合进保偏光纤跳线a中，形成泵浦光的初始线偏振激光；

泵浦光的初始线偏振激光经过第二个四分之一波片a后射出，形成圆偏振光a；圆偏振光a经过平凸透镜a后，准直为范围内可用的平行光a；所述平行光a打入原子吸收气室，形成光泵浦，使原子吸收气室内铷原子被极化，以此探测原子吸收气室正上方小鼠体内磁化的药物粒子代谢产生的磁场变化；

所述探测光路包括激光器b，激光器b发射激光光束b；激光光束b依次经过第一个二分之一波片b、第一个偏振分光棱镜b后变为线偏振光b；线偏振光b经过两面反射镜b后、再经过第二个偏振分光棱镜b射出，并依次通过第二个二分之一波片b、第一个四分之一波片b进入光纤耦合器b，光纤耦合器b将线偏振光b耦合进保偏光纤跳线b中，形成探测光的初始线偏振激光；

探测光的初始线偏振激光经过第二个四分之一波片b后射出，形成圆偏振光b；圆偏振光b经过第一个平凸透镜b后，准直为范围内可用的平行光b；所述平行光b经过鲍威尔棱镜，得到均匀的线状光；线状光经过第二个平凸透镜b后，准直为范围内可用的平行光c；将平行光c打入原子吸收气室，平行光c穿过原子吸收气室继续传播至多通道光电探测器；

所述多通道光电探测器接收探测光路的光信号并产生电流信号，多通道光电探测器的输出端与功率放大装置电连接，电流信号经过功率放大装置之后转化为电压信号并锁相放大，电压信号随着生物体内磁性物质的变化而发生改变。

优选地，所述泵浦光路和探测光路分别集成于磁屏蔽桶内。

本发明的第二个方面提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置的药物代谢研究方法，包括以下步骤：

步骤1，注射麻醉药品使大鼠昏迷后向所述大鼠血管内注射磁性物质并将其固定于原子吸收气室正上方；

步骤2，使泵浦光路的激光经过原子吸收气室，形成光泵浦，使空间磁场可以被探测；

步骤3，使探测光路的激光经过原子吸收气室，光信号传播至光电探测器，转化为电流信号，信号随着老鼠体内磁性物质的变化而发生改变。

本发明的有益效果是：

1.多通道SERF原子磁力仪具有很高的灵敏度，可以有效探测微弱的磁场变化，有利于实时探测到药物代谢过程中的缓慢变化。

2.多通道SERF原子磁力仪可以同时对空间中的多个位置同时进行探测，进一步提高了探测的灵敏度并且得到更全面的药物代谢变化过程的数据。

附图说明

图1是本发明的泵浦光路示意图。

图2是本发明的探测光路示意图。

图3是本发明的结构示意图。

附图标记说明：1、泵浦光路；2、探测光路；3、原子吸收气室；4、多通道光电探测器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，本发明的第一个实施例提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置，包括两个相互空间垂直的泵浦光路1和探测光路2、设置在泵浦光路和探测光路交汇处的原子吸收气室3、设置在原子吸收气室Z轴方向上的一对亥姆霍兹线圈(图中未画出)、设置在探测光路2上且位于原子吸收气室3后侧的多通道光电探测器4、以及功率放大装置；

所述泵浦光路包括激光器a，激光器a发射激光光束a，其中心波长为795nm，；激光光束a依次经过第一个二分之一波片a、第一个偏振分光棱镜a后变为线偏振光a，第一个二分之一波片a、第一个偏振分光棱镜a用于调整光强，以上为光强调节模块；线偏振光a经过两面反射镜a后、再经过第二个偏振分光棱镜a射出，并依次通过第二个二分之一波片a、第一个四分之一波片a进入光纤耦合器a，光纤耦合器a将线偏振光a耦合进一根780nm的熊猫型保偏光纤跳线a中，形成泵浦光的初始线偏振激光；调整二分之一波片a和四分之一波片a使保偏光纤跳线a的出光的线偏振度尽可能的高。

泵浦光的初始线偏振激光经过第二个四分之一波片a后射出，形成圆偏振光a；圆偏振光a经过平凸透镜a后，准直为范围内可用的平行光a；泵浦光路设置于所述原子气室的x方向，将所述平行光a(圆偏振激光)打入原子吸收气室，形成光泵浦，使原子吸收气室内铷原子被极化，以此可以探测原子吸收气室正上方小鼠体内磁化的药物粒子代谢产生的磁场变化；

所述探测光路包括激光器b，激光器b发射激光光束b，其中心波长为795nm；激光光束b依次经过第一个二分之一波片b、第一个偏振分光棱镜b后变为线偏振光b，第一个二分之一波片b、第一个偏振分光棱镜b用于调整光强；线偏振光b经过两面反射镜b后、再经过第二个偏振分光棱镜b射出，并依次通过第二个二分之一波片b、第一个四分之一波片b进入光纤耦合器b，光纤耦合器b将线偏振光b耦合进一根780nm的熊猫型保偏光纤跳线b中，形成探测光的初始线偏振激光；调整二分之一波片b和四分之一波片b使保偏光纤跳线b的出光的线偏振度尽可能的高。

探测光的初始线偏振激光经过第二个四分之一波片b后射出，形成圆偏振光b；圆偏振光b经过第一个平凸透镜b后，准直为范围内可用的平行光b；所述平行光b经过鲍威尔棱镜，得到均匀的线状光；线状光经过第二个平凸透镜b后，准直为范围内可用的平行光c；探测光路设置于原子气室的y方向，将平行光c(圆偏振线激光)打入原子吸收气室，圆偏振线激光经过所述原子气室，原子自旋进动会调制穿过原子介质的偏振激光的偏振方向，平行光c穿过原子吸收气室继续传播至多通道光电探测器；

所述多通道光电探测器接收探测光路的光信号发生改变，电流信号随之变化；电流信号经过功率放大装置之后转化为电压信号并锁相放大。

本发明被用于药物代谢研究，将被麻醉注射的大鼠固定于所述原子气室z方向，向所述大鼠血管注射磁性物质，所述泵浦光路的激光经过原子吸收气室，形成光泵浦，使空间磁场可以被探测，所述探测光路的激光经过原子吸收气室，光信号传播至多通道光电探测器，转化为电流信号，信号随着老鼠体内磁性物质的变化而发生改变。

本发明的实施例中，所述泵浦光路和探测光路所有器件光学平面垂直于如涉及光方向摆放，利用特殊设计的安装支架固定于一个无磁材料加工成的光学平台上，并将该集成系统放置于磁屏蔽桶内，确保各器件固定牢靠。

本发明的实施例中，将形成泵浦光与探测光的初始线偏振激光的器件称为激光发生装置，其中，包括无偏振影响的光强调节模块，用于稳定激光器的功率；偏振调节模块，确保初始线偏振激光的偏振度尽可能的高，耦合效率调节模块，用于调整激光进入光纤耦合器的耦合效率。

本发明的实施例中，所述二分之一波片用以调节入射线偏振光的偏振方向，使入射激光为圆偏振光；所述平凸透镜用以近似消除入射光的发散角，得到范围内可用的准直光。

本发明的实施例中，所述二分之一波片用以调节入射线偏振光的偏振方向，使入射激光为圆偏振光；所述平凸透镜用以近似消除入射光的发散角，得到范围内可用的准直光；所述鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜，用以将通过的激光束最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线；所述亥姆霍兹线圈用以消除环境中的外部磁场。

本发明的第二个方面提供一种用于药物代谢研究的多通道SERF原子磁力仪装置的药物代谢研究方法，包括以下步骤：

步骤1，注射麻醉药品使大鼠昏迷后向所述大鼠血管内注射磁性物质并将其固定于原子吸收气室正上方；

步骤2，使泵浦光路的激光经过原子吸收气室，形成光泵浦，使空间磁场可以被探测；

步骤3，使探测光路的激光经过原子吸收气室，光信号传播至光电探测器，转化为电流信号，信号随着老鼠体内磁性物质的变化而发生改变。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。