一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法
【專利摘要】本發明為一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，屬于生物納米探針的光學探測與成像技術領域。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生的增強吸收提高對加熱光源的吸收率，同時利用表面等離子體共振耦合所產生的波長紅移實現在可見光到近紅外波段內的吸收波長調節，通過調整雙粒子的結構參數進行選擇測量窗口以實現與干擾物吸收波長的區分。本發明提出的方法能夠在可見光到近紅外寬波段內進行測量窗口的選擇，剔除生物系統中干擾物的影響，實現生物分子的高特異性探測；并且可以大幅度降低加熱光源的功率，解決現有技術中對高功率激發光源的依賴，減小測量過程中對生物分子的損害。
【專利說明】
一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法
技術領域
[0001]本發明屬于生物納米探針的光學探測與成像技術領域，涉及到高特異性和高靈敏度的光學探測方法，特別涉及到一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法。
【背景技術】
[0002]生物分子的探測與成像在生命科學的基礎研究、臨床醫學的前期研究中占有重要的地位。分子的尺寸很小，很難對其進行直接成像，通常采用標記的方法。在分子影像技術中，光學熒光技術以其靈敏度高、無損傷等優點成為分子成像的有力手段。但是熒光物質也存在著光致漂白或“眨眼”等缺點而使觀測時間受限，因此使得其它可替代標記物質日益受到重視，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、可無限時間觀測、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波長處展現出強烈的吸收，為光熱成像提供了可操作空間C3David Boyer等人(Science297，1160,2002)利用LSPR波長的光加熱金粒子同時用另外一束波長不同的光測量該局部折射率變化，從而實現了單個金納米粒子的探測。但是如將該項技術應用到生物分子成像中，卻面臨著以下一些主要問題:I)在生物環境中，存在著許多生物大分子團，這些物質同樣也具有光學吸收性子，若想從這些干擾中區分出分子探針，要求探針的吸收波長具有較大的調整空間，然而單個金粒子的LSPR波長的調整范圍有限，如果在測量環境中存在著吸收波長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)納米級探針吸收截面小的缺點要求使用高功率的激發光源，因此在測量過程中對生物分子的損傷較大。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，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生的增強吸收提高對加熱光源的吸收率，同時利用表面等離子體共振耦合所產生的波長紅移實現在可見光到近紅外波段內的吸收波長調節，通過調整雙粒子的結構參數進行選擇測量窗口以實現與干擾物吸收波長的區分。
[0004]本發明的技術方案是:
[0005]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:確定兩個貴金屬納米探針穩定結合后所產生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長。
[0007]步驟二:由加熱光源和探測光源組成光源系統，加熱光源和探測光源的波長設定原則為:設定加熱光源的波長等于步驟一中確定的峰值吸收波長;設定探測光源的波長為在該波長處雙貴金屬納米探針不產生表面等離子體共振耦合的波長。
[0008]步驟三:加熱光源發出加熱光束經調制系統后再經過準直擴束系統，探測光源發出探測光束直接經過準直擴束系統;經過準直擴束系統的加熱光束和探測光束，共同經顯微物鏡A匯聚到樣品上，再通過顯微物鏡B收集。
[0009]步驟四:顯微物鏡B收集的光束經波長分光系統將探測光束與加熱光束分離，探測光束入射到光電探測器上產生的光電信號經解調系統解調后送入計算機進行處理;計算機同時控制樣品臺的掃描與測量信號的采集和同步控制。
[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生的共振耦合峰值吸收波長取決于兩個貴金屬納米粒子的納米結構和間距;雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子的納米結構相同或不同。所述表面等離子體共振耦合峰值吸收波長的取值范圍覆蓋可見光到近紅外波段;雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子的間距大于零，間距越小、吸收波長紅移越大、吸收系數越尚O
[0012]所述的雙貴金屬納米探針作為一個整體探針使用或分裂為兩個探針使用;作為一個整體探針使用時，先將兩個貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標記物，通過其共振耦合增強信號;分裂使用時，先分裂為兩個探針，每一個探針各自帶有一個貴金屬納米粒子，當此兩個探針共同找到一個靶標則恢復為一個雙貴金屬納米探針整體。
[0013]本發明的有益效果是:基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法能夠在可見光到近紅外波段內(寬波段)進行人工設定測量窗口，剔除干擾物的影響，實現生物分子的高特異性探測;并且雙貴金屬納米探針可大幅度降低加熱光源的功率，解決現有技術中對高功率激發光源的依賴，減小測量過程中對生物分子的損害。
【附圖說明】
[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量原理圖
[0015]圖中:I光源系統；2調制系統;3準直擴束系統;4顯微物鏡A;5樣品；6顯微物鏡B; 7樣品臺；8波長分光系統;9光電探測器;10解調系統11計算機。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖1對優選實施例作詳細說明。
[0017]實施例1:
[0018]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一:構成雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子，其中一個貴金屬粒子為二氧化娃芯金殼的芯殼結構、另一個粒子為實心金納米粒子;確定兩個貴金屬納米探針穩定結合后所產生表面等離子體共振耦合的峰值吸收波長。
[0020]步驟二:由加熱光源和探測光源組成光源系統I，加熱光源和探測光源的波長設定原則為:設定加熱光源的波長等于步驟一中確定的峰值吸收波長;設定探測光源的波長為在該波長處雙貴金屬納米探針不產生表面等離子體共振耦合的波長。
[0021]步驟三:加熱光源發出加熱光束經調制系統2后再經過準直擴束系統3，探測光源發出探測光束直接經過準直擴束系統3;經過準直擴束系統3的加熱光束和探測光束，共同經顯微物鏡A4匯聚到樣品5上，再通過顯微物鏡B6收集。
[0022]步驟四:顯微物鏡B6收集的光束經波長分光系統8將探測光束與加熱光束分離，探測光束入射到光電探測器9上產生的光電信號經解調系統10解調后送入計算機11進行處理;計算機11同時控制樣品臺7的掃描與測量信號的采集和同步控制。
[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的金屬納米粒子和聯接在其上的分子探針。
[0024]表面等離子體產生的共振親合峰值吸收波長取決于貴金屬納米粒子的納米結構，調整范圍為可見光到近紅外波段;構成雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬粒子之間的間距設置原則為間距大于零，間距越小、吸收波長紅移越大、吸收系數越高。
[0025]先將兩個貴金屬納米粒子穩定緊密連接在一起，整體作為分子探針的標記物，通過其共振耦合增強信號，用于探測待測靶標。
[0026]實施例2:
[0027]—種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，包括以下步驟:
[0028]步驟一:構成雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子，皆為實心金納米粒子;確定兩個貴金屬納米探針穩定結合后所產生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長。
[0029]步驟二:由加熱光源和探測光源組成光源系統I，加熱光源和探測光源的波長設定原則為:設定加熱光源的波長等于步驟一中確定的峰值吸收波長;設定探測光源的波長為在該波長處雙貴金屬納米探針不產生表面等離子體共振耦合的波長。
[0030]步驟三:加熱光源發出加熱光束經調制系統2后再經過準直擴束系統3，探測光源發出探測光束直接經過準直擴束系統3;經過準直擴束系統3的加熱光束和探測光束，共同經顯微物鏡A4匯聚到樣品5上，再通過顯微物鏡B6收集。
[0031 ]步驟四:顯微物鏡B6收集的光束經波長分光系統8將探測光束與加熱光束分離，探測光束入射到光電探測器9上產生的光電信號經解調系統10解調后送入計算機11進行處理;計算機11同時控制樣品臺7的掃描與測量信號的采集和同步控制。
[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的金屬納米粒子和聯接在其上的分子探針。
[0033]表面等離子體產生的共振親合峰值吸收波長取決于貴金屬納米粒子的納米結構，調整范圍為可見光到近紅外波段。構成雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬粒子之間的間距設置原則為間距大于零，間距越小、吸收波長紅移越大、吸收系數越高。
[0034]先將各自標記了貴金屬納米粒子的兩個探針用于生物分子探測，當此兩個探針共同找到一個靶標則恢復為一個雙貴金屬納米探針整體后進行成像。
【主權項】
1.一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，其特征在于以下步驟: 步驟一:確定兩個貴金屬納米探針穩定結合后所產生表面等離子體共振親合的峰值吸收波長； 步驟二:由加熱光源和探測光源組成光源系統(I)，加熱光源和探測光源的波長設定原則為:設定加熱光源的波長等于步驟一中確定的峰值吸收波長;設定探測光源的波長為在該波長處雙貴金屬納米探針不產生表面等離子體共振耦合的波長； 步驟三:加熱光源發出加熱光束經調制系統(2)后再經過準直擴束系統(3)，探測光源發出探測光束直接經過準直擴束系統(3);經過準直擴束系統(3)的加熱光束和探測光束，共同經顯微物鏡A(4)匯聚到樣品(5)上，再通過顯微物鏡B(6)收集； 步驟四:顯微物鏡B(6)收集的光束經波長分光系統(8)將探測光束與加熱光束分離，探測光束入射到光電探測器(9)上產生的光電信號經解調系統(10)解調后送入計算機(11)進行處理;計算機(11)同時控制樣品臺(7)的掃描與測量信號的采集和同步控制。2.根據權利要求1所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，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的金屬納米粒子和連接在其上的分子探針組成。3.根據權利要求1或2所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，其特征在于，表面等離子體產生的共振耦合峰值吸收波長取決于兩個貴金屬納米粒子的納米結構和間距;雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子的納米結構相同或不同。4.根據權利要求3所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，其特征在于，所述的表面等離子體共振耦合峰值吸收波長的取值范圍覆蓋可見光到近紅外波段;雙貴金屬納米探針的兩個貴金屬納米粒子的間距大于零。5.根據權利要求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方法，其特征在于雙貴金屬納米探針作為一個整體探針使用或分裂為兩個探針使用;作為一個整體探針使用時，先將兩個貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標記物，通過其共振耦合增強信號；分裂使用時，先分裂為兩個探針，每一個探針各自帶有一個貴金屬納米粒子，當此兩個探針共同找到一個靶標則恢復為一個雙貴金屬納米探針整體。6.根據權利要求3所述的一種基于雙貴金屬納米探針的光熱探測方法，其特征在于雙貴金屬納米探針作為一個整體探針使用或分裂為兩個探針使用；作為一個整體探針使用時，先將兩個貴金屬納米粒子連接在一起，整體作為分子探針的標記物，通過其共振耦合增強信號;分裂使用時，先分裂為兩個探針，每一個探針各自帶有一個貴金屬納米粒子，當此兩個探針共同找到一個靶標則恢復為一個雙貴金屬納米探針整體。
【文檔編號】G01N21/31GK106092973SQ201610458385
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】洪昕
【申請人】大連理工大學