一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，屬于生物納米探針的光學(xué)探測(cè)與成像技術(shù)領(lǐng)域。利用存在于雙貴金屬納米粒子間的表面等離子體共振耦合所產(chǎn)生的增強(qiáng)吸收提高對(duì)加熱光源的吸收率，同時(shí)利用表面等離子體共振耦合所產(chǎn)生的波長(zhǎng)紅移實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光到近紅外波段內(nèi)的吸收波長(zhǎng)調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整雙粒子的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行選擇測(cè)量窗口以實(shí)現(xiàn)與干擾物吸收波長(zhǎng)的區(qū)分。本發(fā)明提出的方法能夠在可見(jiàn)光到近紅外寬波段內(nèi)進(jìn)行測(cè)量窗口的選擇，剔除生物系統(tǒng)中干擾物的影響，實(shí)現(xiàn)生物分子的高特異性探測(cè)；并且可以大幅度降低加熱光源的功率，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)高功率激發(fā)光源的依賴，減小測(cè)量過(guò)程中對(duì)生物分子的損害。
【專利說(shuō)明】
一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物納米探針的光學(xué)探測(cè)與成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及到高特異性和高靈敏度的光學(xué)探測(cè)方法，特別涉及到一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物分子的探測(cè)與成像在生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究、臨床醫(yī)學(xué)的前期研究中占有重要的地位。分子的尺寸很小，很難對(duì)其進(jìn)行直接成像，通常采用標(biāo)記的方法。在分子影像技術(shù)中，光學(xué)熒光技術(shù)以其靈敏度高、無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)成為分子成像的有力手段。但是熒光物質(zhì)也存在著光致漂白或“眨眼”等缺點(diǎn)而使觀測(cè)時(shí)間受限，因此使得其它可替代標(biāo)記物質(zhì)日益受到重視，貴金屬納米粒子就是其中之一。例如金納米粒子具有高亮度、可無(wú)限時(shí)間觀測(cè)、生物兼容性好，更為突出的是貴金屬納米粒子具有局部表面等離子體共振特性(LSPR)。在其LSPR波長(zhǎng)處展現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收，為光熱成像提供了可操作空間C3David Boyer等人(Science297，1160,2002)利用LSPR波長(zhǎng)的光加熱金粒子同時(shí)用另外一束波長(zhǎng)不同的光測(cè)量該局部折射率變化，從而實(shí)現(xiàn)了單個(gè)金納米粒子的探測(cè)。但是如將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到生物分子成像中，卻面臨著以下一些主要問(wèn)題:I)在生物環(huán)境中，存在著許多生物大分子團(tuán)，這些物質(zhì)同樣也具有光學(xué)吸收性子，若想從這些干擾中區(qū)分出分子探針，要求探針的吸收波長(zhǎng)具有較大的調(diào)整空間，然而單個(gè)金粒子的LSPR波長(zhǎng)的調(diào)整范圍有限，如果在測(cè)量環(huán)境中存在著吸收波長(zhǎng)與之相近的生物分子，則很難從背景干擾中鑒別出出哪些是探針的影像;2)納米級(jí)探針吸收截面小的缺點(diǎn)要求使用高功率的激發(fā)光源，因此在測(cè)量過(guò)程中對(duì)生物分子的損傷較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，利用存在于雙貴金屬納米粒子間的表面等離子體共振耦合所產(chǎn)生的增強(qiáng)吸收提高對(duì)加熱光源的吸收率，同時(shí)利用表面等離子體共振耦合所產(chǎn)生的波長(zhǎng)紅移實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光到近紅外波段內(nèi)的吸收波長(zhǎng)調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整雙粒子的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行選擇測(cè)量窗口以實(shí)現(xiàn)與干擾物吸收波長(zhǎng)的區(qū)分。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:確定兩個(gè)貴金屬納米探針?lè)€(wěn)定結(jié)合后所產(chǎn)生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長(zhǎng)。
[0007]步驟二:由加熱光源和探測(cè)光源組成光源系統(tǒng)，加熱光源和探測(cè)光源的波長(zhǎng)設(shè)定原則為:設(shè)定加熱光源的波長(zhǎng)等于步驟一中確定的峰值吸收波長(zhǎng);設(shè)定探測(cè)光源的波長(zhǎng)為在該波長(zhǎng)處雙貴金屬納米探針不產(chǎn)生表面等離子體共振耦合的波長(zhǎng)。
[0008]步驟三:加熱光源發(fā)出加熱光束經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)，探測(cè)光源發(fā)出探測(cè)光束直接經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng);經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)的加熱光束和探測(cè)光束，共同經(jīng)顯微物鏡A匯聚到樣品上，再通過(guò)顯微物鏡B收集。
[0009]步驟四:顯微物鏡B收集的光束經(jīng)波長(zhǎng)分光系統(tǒng)將探測(cè)光束與加熱光束分離，探測(cè)光束入射到光電探測(cè)器上產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)同時(shí)控制樣品臺(tái)的掃描與測(cè)量信號(hào)的采集和同步控制。
[0010]所述的貴金屬納米探針由具有局部表面等離子體效應(yīng)的金屬納米粒子和連接在其上的分子探針組成。
[0011]所述的表面等離子體產(chǎn)生的共振耦合峰值吸收波長(zhǎng)取決于兩個(gè)貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)和間距;雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)相同或不同。所述表面等離子體共振耦合峰值吸收波長(zhǎng)的取值范圍覆蓋可見(jiàn)光到近紅外波段;雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子的間距大于零，間距越小、吸收波長(zhǎng)紅移越大、吸收系數(shù)越尚O
[0012]所述的雙貴金屬納米探針作為一個(gè)整體探針使用或分裂為兩個(gè)探針使用;作為一個(gè)整體探針使用時(shí)，先將兩個(gè)貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標(biāo)記物，通過(guò)其共振耦合增強(qiáng)信號(hào);分裂使用時(shí)，先分裂為兩個(gè)探針，每一個(gè)探針各自帶有一個(gè)貴金屬納米粒子，當(dāng)此兩個(gè)探針共同找到一個(gè)靶標(biāo)則恢復(fù)為一個(gè)雙貴金屬納米探針整體。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法能夠在可見(jiàn)光到近紅外波段內(nèi)(寬波段)進(jìn)行人工設(shè)定測(cè)量窗口，剔除干擾物的影響，實(shí)現(xiàn)生物分子的高特異性探測(cè);并且雙貴金屬納米探針可大幅度降低加熱光源的功率，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)高功率激發(fā)光源的依賴，減小測(cè)量過(guò)程中對(duì)生物分子的損害。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1是基于雙貴金屬納米探針的激光掃描顯微光熱成像測(cè)量原理圖
[0015]圖中:I光源系統(tǒng)；2調(diào)制系統(tǒng);3準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng);4顯微物鏡A;5樣品；6顯微物鏡B; 7樣品臺(tái)；8波長(zhǎng)分光系統(tǒng);9光電探測(cè)器;10解調(diào)系統(tǒng)11計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖1對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一:構(gòu)成雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子，其中一個(gè)貴金屬粒子為二氧化娃芯金殼的芯殼結(jié)構(gòu)、另一個(gè)粒子為實(shí)心金納米粒子;確定兩個(gè)貴金屬納米探針?lè)€(wěn)定結(jié)合后所產(chǎn)生表面等離子體共振耦合的峰值吸收波長(zhǎng)。
[0020]步驟二:由加熱光源和探測(cè)光源組成光源系統(tǒng)I，加熱光源和探測(cè)光源的波長(zhǎng)設(shè)定原則為:設(shè)定加熱光源的波長(zhǎng)等于步驟一中確定的峰值吸收波長(zhǎng);設(shè)定探測(cè)光源的波長(zhǎng)為在該波長(zhǎng)處雙貴金屬納米探針不產(chǎn)生表面等離子體共振耦合的波長(zhǎng)。
[0021]步驟三:加熱光源發(fā)出加熱光束經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)2后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3，探測(cè)光源發(fā)出探測(cè)光束直接經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3;經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3的加熱光束和探測(cè)光束，共同經(jīng)顯微物鏡A4匯聚到樣品5上，再通過(guò)顯微物鏡B6收集。
[0022]步驟四:顯微物鏡B6收集的光束經(jīng)波長(zhǎng)分光系統(tǒng)8將探測(cè)光束與加熱光束分離，探測(cè)光束入射到光電探測(cè)器9上產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)解調(diào)系統(tǒng)10解調(diào)后送入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)11同時(shí)控制樣品臺(tái)7的掃描與測(cè)量信號(hào)的采集和同步控制。
[0023]貴金屬納米探針的組成包括具有局部表面等離子體效應(yīng)的金屬納米粒子和聯(lián)接在其上的分子探針。
[0024]表面等離子體產(chǎn)生的共振親合峰值吸收波長(zhǎng)取決于貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)，調(diào)整范圍為可見(jiàn)光到近紅外波段;構(gòu)成雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬粒子之間的間距設(shè)置原則為間距大于零，間距越小、吸收波長(zhǎng)紅移越大、吸收系數(shù)越高。
[0025]先將兩個(gè)貴金屬納米粒子穩(wěn)定緊密連接在一起，整體作為分子探針的標(biāo)記物，通過(guò)其共振耦合增強(qiáng)信號(hào)，用于探測(cè)待測(cè)靶標(biāo)。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0028]步驟一:構(gòu)成雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子，皆為實(shí)心金納米粒子;確定兩個(gè)貴金屬納米探針?lè)€(wěn)定結(jié)合后所產(chǎn)生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長(zhǎng)。
[0029]步驟二:由加熱光源和探測(cè)光源組成光源系統(tǒng)I，加熱光源和探測(cè)光源的波長(zhǎng)設(shè)定原則為:設(shè)定加熱光源的波長(zhǎng)等于步驟一中確定的峰值吸收波長(zhǎng);設(shè)定探測(cè)光源的波長(zhǎng)為在該波長(zhǎng)處雙貴金屬納米探針不產(chǎn)生表面等離子體共振耦合的波長(zhǎng)。
[0030]步驟三:加熱光源發(fā)出加熱光束經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)2后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3，探測(cè)光源發(fā)出探測(cè)光束直接經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3;經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)3的加熱光束和探測(cè)光束，共同經(jīng)顯微物鏡A4匯聚到樣品5上，再通過(guò)顯微物鏡B6收集。
[0031 ]步驟四:顯微物鏡B6收集的光束經(jīng)波長(zhǎng)分光系統(tǒng)8將探測(cè)光束與加熱光束分離，探測(cè)光束入射到光電探測(cè)器9上產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)解調(diào)系統(tǒng)10解調(diào)后送入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)11同時(shí)控制樣品臺(tái)7的掃描與測(cè)量信號(hào)的采集和同步控制。
[0032]貴金屬納米探針的組成包括具有局部表面等離子體效應(yīng)的金屬納米粒子和聯(lián)接在其上的分子探針。
[0033]表面等離子體產(chǎn)生的共振親合峰值吸收波長(zhǎng)取決于貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)，調(diào)整范圍為可見(jiàn)光到近紅外波段。構(gòu)成雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬粒子之間的間距設(shè)置原則為間距大于零，間距越小、吸收波長(zhǎng)紅移越大、吸收系數(shù)越高。
[0034]先將各自標(biāo)記了貴金屬納米粒子的兩個(gè)探針用于生物分子探測(cè)，當(dāng)此兩個(gè)探針共同找到一個(gè)靶標(biāo)則恢復(fù)為一個(gè)雙貴金屬納米探針整體后進(jìn)行成像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于以下步驟: 步驟一:確定兩個(gè)貴金屬納米探針?lè)€(wěn)定結(jié)合后所產(chǎn)生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長(zhǎng)； 步驟二:由加熱光源和探測(cè)光源組成光源系統(tǒng)(I)，加熱光源和探測(cè)光源的波長(zhǎng)設(shè)定原則為:設(shè)定加熱光源的波長(zhǎng)等于步驟一中確定的峰值吸收波長(zhǎng);設(shè)定探測(cè)光源的波長(zhǎng)為在該波長(zhǎng)處雙貴金屬納米探針不產(chǎn)生表面等離子體共振耦合的波長(zhǎng)； 步驟三:加熱光源發(fā)出加熱光束經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)(2)后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(3)，探測(cè)光源發(fā)出探測(cè)光束直接經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(3);經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(3)的加熱光束和探測(cè)光束，共同經(jīng)顯微物鏡A(4)匯聚到樣品(5)上，再通過(guò)顯微物鏡B(6)收集； 步驟四:顯微物鏡B(6)收集的光束經(jīng)波長(zhǎng)分光系統(tǒng)(8)將探測(cè)光束與加熱光束分離，探測(cè)光束入射到光電探測(cè)器(9)上產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)解調(diào)系統(tǒng)(10)解調(diào)后送入計(jì)算機(jī)(11)進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)(11)同時(shí)控制樣品臺(tái)(7)的掃描與測(cè)量信號(hào)的采集和同步控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于，貴金屬納米探針由具有局部表面等離子體效應(yīng)的金屬納米粒子和連接在其上的分子探針組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于，表面等離子體產(chǎn)生的共振耦合峰值吸收波長(zhǎng)取決于兩個(gè)貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)和間距;雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子的納米結(jié)構(gòu)相同或不同。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于，所述的表面等離子體共振耦合峰值吸收波長(zhǎng)的取值范圍覆蓋可見(jiàn)光到近紅外波段;雙貴金屬納米探針的兩個(gè)貴金屬納米粒子的間距大于零。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于雙貴金屬納米探針作為一個(gè)整體探針使用或分裂為兩個(gè)探針使用;作為一個(gè)整體探針使用時(shí)，先將兩個(gè)貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標(biāo)記物，通過(guò)其共振耦合增強(qiáng)信號(hào)；分裂使用時(shí)，先分裂為兩個(gè)探針，每一個(gè)探針各自帶有一個(gè)貴金屬納米粒子，當(dāng)此兩個(gè)探針共同找到一個(gè)靶標(biāo)則恢復(fù)為一個(gè)雙貴金屬納米探針整體。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測(cè)方法，其特征在于雙貴金屬納米探針作為一個(gè)整體探針使用或分裂為兩個(gè)探針使用；作為一個(gè)整體探針使用時(shí)，先將兩個(gè)貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標(biāo)記物，通過(guò)其共振耦合增強(qiáng)信號(hào);分裂使用時(shí)，先分裂為兩個(gè)探針，每一個(gè)探針各自帶有一個(gè)貴金屬納米粒子，當(dāng)此兩個(gè)探針共同找到一個(gè)靶標(biāo)則恢復(fù)為一個(gè)雙貴金屬納米探針整體。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK106092973SQ201610458385
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】洪昕
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)