一种测量单个纳米粒子光谱的方法

摘要

本发明公开了一种测量单个纳米粒子光谱的方法。以光学显微镜为成像平台，以成像检测器为记录仪，以纳米粒子为检测对象，以光栅为识别手段，以滤光片为光谱校准、转换方式，高通量地测量单个纳米粒子的光谱。具体是：将纳米粒子置于载玻片上，将载玻片置于物镜前；在检测器前放置光栅进行光谱成像，记录单个纳米粒子的零级和一级光谱；在检测器前放置滤光片，以滤光片“切割”纳米粒子的一级光谱，则“切割”后的纳米粒子一级光谱的截止处波长与滤光片的截止波长相同，据此将纳米粒子的一级光谱表示方式从非波长单位转换成波长单位。降低了仪器复杂程度；仅凭一级条纹即能获得单个纳米粒子的光谱，提高了光谱采集通量，减少了操作时间。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种测量单个纳米粒子光谱的成像方法。 

背景技术：

现有的基于光栅的单个纳米粒子光谱成像方法的基本原理是利用光栅将纳米粒子影像色散成零级光斑和一级条纹。通过测量零级光斑和一级条纹之间的距离获得光谱。因而需要将零级光斑与一级条纹在同一帧图像中采集，且零级光斑与一级条纹能够匹配。这无疑限制了光谱采集的通量。此外测量的零级与一级之间的距离并不是波长单位，还需要对一个已知波长的光源（如激光）或发光体（如量子点）成像，这样才能将非波长单位转换为波长单位，这增加了仪器和操作复杂度。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高通量测量单个纳米粒子光谱的的显微成像方法，提高光谱采集通量，降低仪器复杂度，缩短采集时间。 

本发明的目的是这样实现的：一种测量单个纳米粒子光谱的方法，以光学显微镜为成像平台，以成像检测器为记录仪，以纳米粒子为检测对象，以光栅为识别手段，其特征在于：用滤光片进行光谱校准、转换，高通量地测量单个纳米粒子的光谱；具体步骤如下： 

（1）将纳米粒子置于载玻片上，将载玻片置于物镜前； 

（2）在检测器前放置光栅进行光谱成像，记录单个纳米粒子的零级和一级光谱； 

（3）在检测器前放置滤光片，以滤光片“切割”纳米粒子的一级光谱，记录“切割”后的纳米粒子一级光谱； 

（4）波长校准与转换：经滤光片“切割”的一级光谱其截止处波长与滤光片的截止处波长相同，据此将纳米粒子的一级光谱表示方式从非波长单位转换成波长单位。 

所述光学显微镜成像平台是常规暗场显微镜、荧光显微镜、激光散射显微镜、LSPR显微镜、微型化显微镜； 

所述光栅是透射光栅、反射光栅；； 

所述纳米粒子可以是金属纳米粒子、金属参杂纳米粒子、半导体纳米粒子、高分子纳米粒子、量子点、银簇、金簇、碳点、生物大分子； 

所述纳米粒子尺度在5－1000纳米之间； 

所述滤光片是带通滤光片、长通滤光片、短通滤光片、陷波片； 

所述光谱范围是300－800纳米。 

上述技术方案不需引入已知波长的光源或发光体作为波长校准和转换方法，降低了仪器复杂程度；克服了零级和一级必须在视场范围内同时出现且匹配的缺陷，仅凭一级条纹即能获得单个纳米粒子的光谱，提高了光谱采集通量，减少了操作时间。 

本发明的有益效果是：该方法突破了现有单个纳米粒子光谱成像法在分析通量上的限制，降低了仪器复杂度和操作难度，无需零级光斑和一级条纹在同一帧图像中，无需引入已知波长的光源或发光体。 

附图说明

图1是本发明的单纳米粒子光谱成像光路示意图。 

图中：1，光源；2，暗场光阑；3，透镜；4，样品台；5，暗场物镜；6，反射镜；7，光栅；8，成像记录仪。 

图2是本发明测量单个纳米粒子光谱的原理。 

图中：A为单个纳米粒子光谱在不同带通滤光片下的光谱成像；B为将A中的图像转化为光谱；C通过滤光片截止波长确定光谱波长。 

图3是本发明测量的100个纳米粒子LSPR光谱及其高斯拟合。 

图4是本发明测量的100个纳米粒子LSPR的平均光谱与宏观纳米粒子LSPR光谱的比较。 

具体实施方式：

实施例1： 

取直径70nm金颗粒溶液20微升（颗粒密度3×10⁷/每毫升）固定在玻璃载玻片的不同区域上。随后用超纯水冲洗。盖上盖玻片，放置在图1所示光谱成像仪下观察。图2A为代表性的金颗粒LSPR光谱成像结果。以滤光片的截止波长为校准波长，获得单颗粒LSPR光谱，见图2B，C。随机取100个金纳米粒子，其LSPR波长峰值作直方图，见图3；将之进行高斯拟合得到平均LSPR光谱,其波长为549.4±0.4nm，与宏观LSPR光谱（波长551.8±0.2nm，见图4）一致。 

实施例2： 

操作步骤同实施例1，仅用90nm金纳米粒子替代70nm金纳米粒子。测得LSPR波长为588.4±0.3nm。 

实施例3： 

操作步骤同实施例1，仅用50nm金纳米粒子替代70nm金纳米粒子。测得LSPR波长为534.2±0.2nm。