[发明专利]一种测定微球或介质折射率的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术，特别涉及一种测定微球或介质折射率的方法及其应用。

背景技术

透光微球颗粒，在许多方面常作为一种感应器，可在生物医学研究中用于作为携带或检验各种生物医学物质的工具，或是作为研究细胞与组织光学特性的模型，用于校正科学仪器的基准物，亦可作为电磁波的能量载体或传感器，以及高Q值反应器。在所有这些应用中，都需要测定微球的折射率。另一方面，对于非均匀介质以及生物活体内各局域折射率的实时、在位测定分析也有强烈的需求，因为折射率通常与介质浓度及温度成一定的线性比例关系，通过测定折射率的瞬态变化，可以反映出介质以及生物活体内有关分子组成和浓度或温度的变化。但是无论是微球折射率的测定，还是非均匀介质以及生物活体内各局域折射率的测定均有一定难度。

对于微球折射率的测量，由于其粒径小(通常为数十微米直径)，故不能用一般固体或液体的折射率测量方法进行测定。现有的方法有几种，最常用的是液浸法，此方法是固体颗粒折射率测量的常用方法，它将待测固体微球浸入液体中，根据两种物质折射率的差异在显微镜下的表象，不断更换不同折射率的液体，直到找到与固体微球折射率一致的液体，此时因两者折射率相同不会发生折射现象使微球不再显像从而间接判断出待测微球折射率。此方法原理简单明了，但有明显的局限性。一是要配制相当多不同折射率液体，测量过程繁琐。且在测量高折射率物质未必能找到相配的液体，而且有些液体还可能会损坏微球，故此法受到较大的限制。另一些方法是用Mie氏散射等理论通过测定微球所在悬浮液的光散射进行测定，尽管此法适用于任何粒径和折射率的微球，但其计算和数学处理非常繁杂，往往只能给出近似解。但最主要的问题是测定只能对大量粒径与折射率都相同的微球进行，且给出的是平均值，而不能对单个微球的折射率进行测定。近年来还报道用光镊等方法，但需用昂贵且复杂的设备，且测定过程相当复杂，结果的准确度却偏低。还有另外一些方法如彩虹法、数字全息显微镜法等，都存在类似的问题。也就是说，都不能对微球的折射率进行简便、快速、准确的测定。

目前可对介质以及生物活体内各局域折射率进行测定的技术更是寥寥无几(如荧光法、光镊法、数字全息显微镜法)，且都存在对被测样品有较大的干扰，并因测定速度慢及过程复杂，只能测定均匀介质，而不能测定非均匀介质。特别是要求对被测样品不能有振动或移动，否则便不能完成检测。而对于活细胞等样品，因为细胞及其周边介质本身就会运动，故现有方法均难以对非均匀介质及生物活体等内部局域折射率进行快速、实时、原位的准确测定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种操作简便、快速，既能对微球折射率进行测定，又能对非均匀介质及生物活体等内部局域折射率以及浓度、温度等参数指标作准确测定的方法。所述微球为光学透明的微小球体，可以是固态、液态或气态；所述介质为各种液态或气态以至固态的光学透明物质。

本发明的另一目的在于提供上述测定微球或介质折射率以及浓度、温度等参数指标的方法的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测定微球或介质折射率的方法，包括下述步骤：对浸没在折射率比其较小的介质中的微球在平行光照射下成像，测定微球像的半径R及其中心亮圆的半径r两者比值，在已知介质折射率情况下可准确测定微球折射率，而在已知微球折射率情况下可准确测定介质的折射率。

具体地，可包括下述步骤：

(1)将微球粒子浸没在折射率比其小的介质中，然后在平行光照射下成像，其像的特征为一外周边缘为一暗环的亮圆，且暗环的粗细与微球折射率与其所浸没介质折射率的差值成正比；

(2)测定微球像的半径R及其中心亮圆的半径r，计算两者比值X＝r/R；

(3)利用方程式：