[发明专利]一种光学无损探测单纳米颗粒表界面转化的方法

说明书

本发明涉及一种光学无损探测单纳米颗粒表界面转化的方法。该方法利用单纳米颗粒表界面转化光学成像系统对单个纳米颗粒的表界面转化过程进行无标记识别，通过计算目标颗粒的本征参数ψ——这一特征量的变化，分析颗粒的表界面转化过程，克服目前现有分析方法难以对纳米颗粒的表界面转化过程进行原位实时精准分析与识别的难题，该方法具有非侵入性、高通量、抗干扰、研究对象宽泛等优点，可用于单粒子水平下的纳米颗粒表界面转化及构效关系等研究，拓展了纳米科学成像分析的应用。

技术领域

本发明涉及一种光学无损探测单纳米颗粒表界面转化的方法，属于单纳米颗粒成像与分析技术领域。

背景技术

纳米材料的发展在纳米科技的进步中发挥重要作用，其中纳米颗粒由于其尺寸可控，性能优异等特点，在催化、传感、生物医学领域扮演着越来越重要的角色。近年来，由于生化分析领域的不断发展，对生物分子的检测速度、灵敏要求不断提高。纳米颗粒作为一种被广泛深入研究的纳米材料，更是在医学和生物工程中得到广泛应用。

表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域，在单颗粒尺度上，认识纳米颗粒的表界面过程，对于揭示纳米颗粒的异质性规律，理解纳米颗粒的构效关系，进而发展高效的纳米催化剂、吸附剂和示踪剂，具有重要的意义。但是认识纳米颗粒的表界面转化过程，在工具与方法上存在诸多挑战：1)纳米颗粒尺寸小，检测难度大；2)已有的电化学分析方法不具备空间分辨率，难以实现对纳米颗粒的高通量分析；而电子显微成像(如SEM，TEM等)只能对干燥条件下的纳米颗粒进行表征，无法原位应用于溶液条件下的颗粒分析；3)无标记识别颗粒也是该领域目前面临的挑战之一，如暗场成像技术虽具有免标记的优点，但无法特异性识别颗粒，且对成像颗粒的种类有特定限制，单分子荧光成像技术尽管可以满足特异性识别颗粒的需求，但需使用特定荧光分子进行标记。因此，现有方法难以对纳米颗粒的表界面转化过程进行原位实时精准分析与识别。

因此，亟需研发一种简单、高效、精准、可特异性识别单纳米颗粒表界面转化的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光学无损探测单纳米颗粒表界面转化的方法。

本发明的方法具有非侵入性、高通量、抗干扰、研究对象宽泛等优点，可对单纳米颗粒进行无标记特异性识别，可实现对单纳米颗粒表界面转化过程中的成分变化进行分析的功能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种光学无损探测单纳米颗粒表界面转化的方法，该方法采用光学成像系统进行，包括步骤如下：

(1)搭建单纳米颗粒表界面转化光学成像系统，该系统包括：

单色光源，用于将固定波长的单色光引入表面等离激元成像中并调节所述激光的光强以满足成像需求；

单纳米颗粒激发组件，包括用于光学信号放大成像的光学显微放大物镜、用于与高数值孔径油镜的折射率相匹配的镜油、用于吸收激发光从而产生表面等离激元共振现象的金膜玻片和用于盛放溶液的样品池；光学显微放大物镜与镜油配合用于将激光入射以激发金膜玻片表面的等离激元共振来获得单个纳米颗粒的散射光和反射光；

反应条件控制模块，包括电化学控制单元或目标条件控制单元，所述电化学控制单元包括电化学工作站和电极体系，反应条件控制模块与样品池配合以控制样品池的条件；

图像采集及分析模块，包括反射镜、用于获取反射镜发射光成像的相机采集系统以及软件处理模块；

(2)调节入射光入射角到50°-80°，使之能激发金膜玻片产生等离激元，根据目标条件更改样品池溶液，在电化学控制单元中设置相应的电化学参数；

(3)采集纳米颗粒在不同条件下的表界面转化过程中的时间图像序列；

(4)使用算法程序公式1对图像序列进行特征相位参数ψ计算；