[发明专利]用于等离子体观察的暗场纳米光谱电化学检测池

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光谱分析和电化学分析技术领域，具体地说，涉及设计制作一种暗场下单个粒子等离子体散射光谱电化学检测池。

背景技术

在纳米光谱分析和电化学分析技术领域，光谱电化学检测方法是将电化学与光谱学相结合，在记录电化学信号的同时，在电极表面或其附近液层处原位采集能反映各物种及数量变化的光谱信息的仪器分析方法。该方法可在电化学反应过程中原位、实时观测反应物、中间体和产物的分子光学信息以及化学过程物种变化的情况，从而获得电化学反应的动力学和热力学参数，为确定反应机理提供直接证据。因此，光谱电化学检测方法是电化学研究，尤其是电化学反应机理研究的十分有效的分析手段。

等离子体共振瑞利散射光谱(PRRS)是一种新兴的可进行单分子水平检测的纳米光谱分析技术。研究发现，当入射光通过暗场聚光镜头汇集在贵金属纳米粒子上时，入射光与纳米粒子表面自由电子发生等离子共振现象并以Rayleigh散射的形式向周围发散（这时，只要偏离入射光一定角度即可记录到纳米粒子的散射光谱）：白光进入暗场聚光镜后，从四周向中心汇集于修饰在载玻片上的贵金属纳米粒子上，粒子经激发后与入射光发生共振散射现象，其Rayleigh散射光进入目镜后被成像CCD记录，即为纳米粒子的等离子共振散射图像。随后，可切换到采谱模式，散射光经过单色仪后由EMCCD记录，即为可采集单粒子的散射光谱。目前，该分析技术已被用于监测细胞内依赖NADH的代谢过程，实现了在线观察抗癌药物在细胞内部的代谢过程。此外，基于暗场光谱显微镜平台结合电化学在生物膜表面对单个纳米粒子的生长过程进行在线实时的监测，实现了在单个纳米粒子水平上对较小浓度范围内生物分子之间相互作用的定量识别。

目前已有的电化学与光谱学结合的分析方法包括紫外可见、红外、SPR、荧光、EPR等方法，但是，将电化学与等离子体共振散射光谱结合，对单个纳米粒子进行电化学调控，实时原位观察纳米粒子等离子体散射光谱信息及其与周围微小区间内环境分子相互作用的分析检测不仅研究少，而且应用的更少。鉴于将这些技术进行联用具有在微小区间内对分子状态实时可控、粒子的高空间分辨识别传感能力以及对高信噪比的光电信号进行分析检测的功能，有望成为在单分子水平上研究界面自组装过程、生化反应过程、粒子形态变化、分子识别等化学、物理过程的新颖而独特的研究手段。

对各种光谱电化学进行研究的非常核心的问题是：光谱电化学检测池的设计与安装。光谱电化学检测池性能的好坏对各种光谱电化学实验研究非常关键。目前，在暗场下对单个粒子等离子体散射光谱进行电化学检测仍然存在诸多难点，这些难点主要包括：（1）暗场照明镜头与纳米光谱电化学检测池的工作电极距离必须小于5mm， 这限制了纳米光谱检测池的厚度，增加了检测池的设计难度；（2）受物镜镜头工作距离的限制，工作电极表面与载物台表面必须小于1.2mm；（3）为了采集工作电极上单个纳米粒子的散射光谱信号，必须排除杂散光的干扰；（4）为排除工作电极上溶液扩散对电化学技术有效调控溶液及电极表面的影响，需要将工作电极上方的溶液层厚度控制在极薄（小于300μm）的区域内，并且不影响溶液层溶液的流动更新；（5）在极薄的电极反应空间上以及μL级反应溶液中保证溶液中对氧气敏感溶质稳定而对溶液除氧，采用惰性气体充入除氧法不现实。这在很大程度上限制了光谱电化学检测技术在界面过程研究领域的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决或部分解决上述的问题，提供一种用于等离子体观察的暗场纳米光谱电化学检测池，可用于在透射式暗场镜头下观察和检测薄层纳米光谱。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案如下。