[发明专利]溶液中金属纳米粒子计数器

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶液中金属纳米粒子计数器，用于金属纳米粒子相对浓度的测定，可广泛应用于纳米科学，生命科学、化学、物理学等技术领域。

背景技术

某些金属(如金和银)纳米粒子由于其表面等离子体效应和量子尺寸效应表现出特殊的光学性质，如强的散射特性和吸收特性。同时，金(银)纳米粒子具有生物相容性好、易于与生物分子连接的特性，是一种具有广泛应用前景的生物探针。目前金纳米探针已成功地应用于核酸杂交检测，免疫分析以及细胞成像等领域。目前检测金属(如金)纳米粒子的方法主要有：比色法、紫外光谱法、散射法和动态光散射法。这些方法所用的仪器简单，但是它们的主要的缺点在于检测的灵敏度不高，所需的样品的体积较大，其应用十分有限。另外，这些方法均属于集合测定方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种溶液中金属纳米粒子计数器，能够灵敏、准确地检测单个金属纳米粒子的光子爆发，进而根据溶液中纳米粒子的光子爆发数与其浓度成正比的规律，测定金属纳米粒子的浓度。

为实现上述目的，本发明基于激光共焦构型和金属纳米粒子具有强的共振散射特性，设计出一种全新的金属纳米检测系统—金属纳米计数器。所述金属纳米计数器由激光器、中性衰减片、扩束镜、盖玻片或样品池、显微镜物镜、双色镜、透镜、针孔、单光子检测器、数据采集卡及计算机组成。样品溶液置于盖玻片或样品池上，激光照射溶液中的金属纳米粒子，产生的散射光经物镜收集后通过透镜聚焦到针孔，针孔与单光子检测器耦合在一起。单光子检测器产生的信号经数据采集卡，由计算机输出。

本发明的工作原理是：在一个很小的激光共焦照射微区内(～10^-15升)，溶液中具有强散射特性的金属纳米粒子由于布朗运动进入或离开该照射微区时将产生散射光信号的涨落现象-即光子的爆发。纳米粒子光子的爆发的数目与其浓度成正比。因此，这种方法可用于金属纳米粒子相对浓度的测定。

本发明的溶液中金属纳米粒子计数器以激光为激发光源，采用共焦构型，通过扩束镜和高数值孔径的物镜得到高聚焦的激光束，采用单光子计数器(或光电倍增管)将纳米粒子的散射光信号转换为电信号，数据采集卡用于数据采集和实时分析。其具体结构为：由激光器、中性衰减片、扩束镜、盖玻片或样品池、显微镜物镜、双色镜、透镜、针孔、单光子检测器、数据采集卡及计算机组成。盖玻片(或样品池)放于样品台上，样品液滴置于盖玻片(或样品池)上。激光器发出的激光经中性衰减片调节强度并经扩束镜扩束后，再经双色镜反射进入显微镜物镜聚焦后，照射到盖玻片(或样品池)上方的样品液滴；样品液滴中的金属纳米粒子散射光经过显微镜物镜收集穿过双色镜并经透镜聚焦到针孔上，针孔与单光子检测器的光敏感区耦合，单光子检测器产生的信号经数据采集卡由计算机输出。

本发明工作时，打开激光器，待激光器稳定后，调节中性衰减片使激光强度达到要求；调节扩束镜，使激光束直径达到要求。激光束经过扩束镜后照射到双色镜，经双色镜反射后进入显微镜物镜(高数值孔径物镜)，聚焦于盖玻片上的样品液滴。样品经激光照射产生共振散射光，其波长与入射光相同。在焦点处收集散射光，该散射光经过相同的物镜后发散为平行光，穿过同一双色镜，然后通过透镜聚焦于针孔。针孔与单光子检测器耦合在一起并置于透镜的焦点区，此焦点区正好是物镜的像平面。针孔与物镜焦点同轴可将激光在样品上的照射体积限定在很小的范围(小于10^-15升)。单光子检测器产生的信号经数据采集卡，从计算机输出。

本发明中的激光器和双色镜可根据不同的金属纳米粒子进行选择。

本发明所述的激光器，包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器。

本发明采用的显微镜物镜为高放大倍率(大于40)和高数值孔径(大于0.9)的水浸或油浸物镜。

本发明采用的盖玻片(或样品池)的厚度为0.1～0.3毫米。

本发明采用的针孔直径从10微米到300微米可变，可方便更换。

本发明采用的单光子检测器包括了雪崩二极管型的单光子计数器(或光电倍增管)以及高灵敏的光放大器。

本发明采用数据采集卡进行实时快速采样，采样时间间隔从1微秒到50毫秒。