分析化学专业毕业论文分析化学专业毕业论文 精品论文精品论文 单个金纳米颗粒和金纳米棒单个金纳米颗粒和金纳米棒的暗场光谱成像研究的暗场光谱成像研究关键词：局部表面等离子共振关键词：局部表面等离子共振 金纳米颗粒金纳米颗粒 金纳米棒金纳米棒 暗场显微镜暗场显微镜摘要：金属纳米颗粒的局部表面等离子共振(LSPR)能显示出独特的光吸收和散 射特性，如 LSPR 光谱易受颗粒形状和尺寸、所处环境、连接分子和随后的特异 识别等因素的影响。正是因为金属纳米颗粒表面的任何细微变化都能引起 LSPR 光谱的改变，其常被用于物理，化学和生物学领域的分析检测。其中，金纳米 颗粒由于具有制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点而成为 LSPR 光谱应用研究的主要目标。近年来，随着高灵敏光谱和成像技术的发展，在单 个细胞水平上和纳米尺度上实时原位考察单个金属纳米颗粒与周围环境及细胞 的相互作用日益成为人们研究的热点。单个金属纳米颗粒的 LSPR 光谱研究通常 采用暗场显微镜，但现有的暗场显微镜-光谱仪联用装置只能得到处于静止状态 的单个金属纳米颗 LSPR 光谱和暗场图像，不能实现高通量检测以及对样品运动 轨迹的实时跟踪，且造价昂贵。本文针对这一问题，结合透射光栅的光学性质 和暗场显微镜的成像原理，设计了一套新的、简便的光学装置，实现了能够在 二维层面上实时的、动态、高通量地对金属纳米颗粒进行研究的成像技术。具 体内容如下： (1)单个金纳米颗粒的证明实验-浓度梯度分析 为了研究暗 场显微镜的灵敏度并且验证是否能在普通暗场显微镜下观察到单个 18 nm 金颗 粒，本实验采用浓度梯度方法对其进行研究。在获得荧光微球良好浓度梯度图 的基础上，本章进一步优化了实验条件，解决了金颗粒分布不均匀，其暗场图 像背景噪音高的问题。最终得出在 2000 ms 的曝光时间下，在 APTMS 修饰的玻 片上能够观察到单个的 18 nm 金颗粒的结论。此结论为用暗场显微镜观察单个 纳米金颗粒的 LSPR 光谱提供了先决条件。 (2)金纳米颗粒的实时暗场光谱成 像研究 建立一种新的成像技术，使其能在二维层面上实时的对多个处于运动 状态的金属颗粒进行暗场成像和 LSPR 光谱分析。采用的方法是在暗场显微镜中 加入一块具有分光作用的光栅，使金纳米颗粒所成的像能够显示出本身的零级 条纹和衍射出来的一级条纹，通过确定这两个条纹的位置以及强度即可得到该 颗粒的 LSPR 光谱。并且实验发现同一个金纳米颗粒由溶液中的运动状态变为吸 附在氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修饰过的玻片上的静止状态时，其 LSPR 光谱 数值会发生变化，这是因为金属纳米颗粒的 LSPR 光谱受环境变化的影响明显。 因此该光学系统在获得多个颗粒暗场图像的同时还能得到其对应的 LSPR 光谱， 并且能实时观察当颗粒所处的外界环境发生改变而引起的其 LSPR 光谱变化的过 程以及跟踪颗粒的运动轨迹。 (3)金纳米棒的暗场光谱成像研究 金棒溶液 中不可避免的会存在一定比例的球形金颗粒，且在对金棒研究时不能把其中存 在的球形金颗粒分离出来。采用在暗场显微镜电子耦合器件(CCD)前面加光栅这 一光学装置能够得到金棒溶液中处于自由运动状态的单个颗粒的 LSPR 光谱。已 知金纳米棒的 LSPR 特征峰与球形金颗粒的 LSPR 特征峰有明显的区别，因此通 过确定颗粒的 LSPR 光谱就能区分出溶液中的金棒和球形金颗粒，为以后分离金 棒溶液中的金颗粒提供前提条件。同时，该项技术的成功为分离科学领域提供 了一项新的研究手段。正文内容正文内容金属纳米颗粒的局部表面等离子共振(LSPR)能显示出独特的光吸收和散射 特性，如 LSPR 光谱易受颗粒形状和尺寸、所处环境、连接分子和随后的特异识 别等因素的影响。正是因为金属纳米颗粒表面的任何细微变化都能引起 LSPR 光 谱的改变，其常被用于物理，化学和生物学领域的分析检测。其中，金纳米颗 粒由于具有制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点而成为 LSPR 光 谱应用研究的主要目标。近年来，随着高灵敏光谱和成像技术的发展，在单个 细胞水平上和纳米尺度上实时原位考察单个金属纳米颗粒与周围环境及细胞的 相互作用日益成为人们研究的热点。单个金属纳米颗粒的 LSPR 光谱研究通常采 用暗场显微镜，但现有的暗场显微镜-光谱仪联用装置只能得到处于静止状态的 单个金属纳米颗 LSPR 光谱和暗场图像，不能实现高通量检测以及对样品运动轨 迹的实时跟踪，且造价昂贵。本文针对这一问题，结合透射光栅的光学性质和 暗场显微镜的成像原理，设计了一套新的、简便的光学装置，实现了能够在二 维层面上实时的、动态、高通量地对金属纳米颗粒进行研究的成像技术。具体 内容如下： (1)单个金纳米颗粒的证明实验-浓度梯度分析 为了研究暗场 显微镜的灵敏度并且验证是否能在普通暗场显微镜下观察到单个 18 nm 金颗粒， 本实验采用浓度梯度方法对其进行研究。在获得荧光微球良好浓度梯度图的基 础上，本章进一步优化了实验条件，解决了金颗粒分布不均匀，其暗场图像背 景噪音高的问题。最终得出在 2000 ms 的曝光时间下，在 APTMS 修饰的玻片上 能够观察到单个的 18 nm 金颗粒的结论。此结论为用暗场显微镜观察单个纳米 金颗粒的 LSPR 光谱提供了先决条件。 (2)金纳米颗粒的实时暗场光谱成像研 究 建立一种新的成像技术，使其能在二维层面上实时的对多个处于运动状态 的金属颗粒进行暗场成像和 LSPR 光谱分析。采用的方法是在暗场显微镜中加入 一块具有分光作用的光栅，使金纳米颗粒所成的像能够显示出本身的零级条纹 和衍射出来的一级条纹，通过确定这两个条纹的位置以及强度即可得到该颗粒 的 LSPR 光谱。并且实验发现同一个金纳米颗粒由溶液中的运动状态变为吸附在 氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修饰过的玻片上的静止状态时，其 LSPR 光谱数值 会发生变化，这是因为金属纳米颗粒的 LSPR 光谱受环境变化的影响明显。因此 该光学系统在获得多个颗粒暗场图像的同时还能得到其对应的 LSPR 光谱，并且 能实时观察当颗粒所处的外界环境发生改变而引起的其 LSPR 光谱变化的过程以 及跟踪颗粒的运动轨迹。 (3)金纳米棒的暗场光谱成像研究 金棒溶液中不 可避免的会存在一定比例的球形金颗粒，且在对金棒研究时不能把其中存在的 球形金颗粒分离出来。采用在暗场显微镜电子耦合器件(CCD)前面加光栅这一光 学装置能够得到金棒溶液中处于自由运动状态的单个颗粒的 LSPR 光谱。已知金 纳米棒的 LSPR 特征峰与球形金颗粒的 LSPR 特征峰有明显的区别，因此通过确 定颗粒的 LSPR 光谱就能区分出溶液中的金棒和球形金颗粒，为以后分离金棒溶 液中的金颗粒提供前提条件。同时，该项技术的成功为分离科学领域提供了一 项新的研究手段。 金属纳米颗粒的局部表面等离子共振(LSPR)能显示出独特的光吸收和散射特性， 如 LSPR 光谱易受颗粒形状和尺寸、所处环境、连接分子和随后的特异识别等因 素的影响。正是因为金属纳米颗粒表面的任何细微变化都能引起 LSPR 光谱的改 变，其常被用于物理，化学和生物学领域的分析检测。其中，金纳米颗粒由于 具有制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点而成为 LSPR 光谱应用研究的主要目标。近年来，随着高灵敏光谱和成像技术的发展，在单个细胞水 平上和纳米尺度上实时原位考察单个金属纳米颗粒与周围环境及细胞的相互作 用日益成为人们研究的热点。单个金属纳米颗粒的 LSPR 光谱研究通常采用暗场 显微镜，但现有的暗场显微镜-光谱仪联用装置只能得到处于静止状态的单个金 属纳米颗 LSPR 光谱和暗场图像，不能实现高通量检测以及对样品运动轨迹的实 时跟踪，且造价昂贵。本文针对这一问题，结合透射光栅的光学性质和暗场显 微镜的成像原理，设计了一套新的、简便的光学装置，实现了能够在二维层面 上实时的、动态、高通量地对金属纳米颗粒进行研究的成像技术。具体内容如 下： (1)单个金纳米颗粒的证明实验-浓度梯度分析 为了研究暗场显微镜 的灵敏度并且验证是否能在普通暗场显微镜下观察到单个 18 nm 金颗粒，本实 验采用浓度梯度方法对其进行研究。在获得荧光微球良好浓度梯度图的基础上， 本章进一步优化了实验条件，解决了金颗粒分布不均匀，其暗场图像背景噪音 高的问题。最终得出在 2000 ms 的曝光时间下，在 APTMS 修饰的玻片上能够观 察到单个的 18 nm 金颗粒的结论。此结论为用暗场显微镜观察单个纳米金颗粒 的 LSPR 光谱提供了先决条件。 (2)金纳米颗粒的实时暗场光谱成像研究 建立一种新的成像技术，使其能在二维层面上实时的对多个处于运动状态的金 属颗粒进行暗场成像和 LSPR 光谱分析。采用的方法是在暗场显微镜中加入一块 具有分光作用的光栅，使金纳米颗粒所成的像能够显示出本身的零级条纹和衍 射出来的一级条纹，通过确定这两个条纹的位置以及强度即可得到该颗粒的 LSPR 光谱。并且实验发现同一个金纳米颗粒由溶液中的运动状态变为吸附在氨 丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修饰过的玻片上的静止状态时，其 LSPR 光谱数值会 发生变化，这是因为金属纳米颗粒的 LSPR 光谱受环境变化的影响明显。因此该 光学系统在获得多个颗粒暗场图像的同时还能得到其对应的 LSPR 光谱，并且能 实时观察当颗粒所处的外界环境发生改变而引起的其 LSPR 光谱变化的过程以及 跟踪颗粒的运动轨迹。 (3)金纳米棒的暗场光谱成像研究 金棒溶液中不可 避免的会存在一定比例的球形金颗粒，且在对金棒研究时不能把其中存在的球 形金颗粒分离出来。采用在暗场显微镜电子耦合器件(CCD)前面加光栅这一光学 装置能够得到金棒溶液中处于自由运动状态的单个颗粒的 LSPR 光谱。已知金纳 米棒的 LSPR 特征峰与球形金颗粒的 LSPR 特征峰有明显的区别，因此通过确定 颗粒的 LSPR 光谱就能区分出溶液中的金棒和球形金颗粒，为以后分离金棒溶液 中的金颗粒提供前提条件。同时，该项技术的成功为分离科学领域提供了一项 新的研究手段。 金属纳米颗粒的局部表面等离子共振(LSPR)能显示出独特的光吸收和散射特性， 如 LSPR 光谱易受颗粒形状和尺寸、所处环境、连接分子和随后的特异识别等因 素的影响。正是因为金属纳米颗粒表面的任何细微变化都能引起 LSPR 光谱的改 变，其常被用于物理，化学和生物学领域的分析检测。其中，金纳米颗粒由于 具有制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点而成为 LSPR 光谱应用 研究的主要目标。近年来，随着高灵敏光谱和成像技术的发展，在单个细胞水 平上和纳米尺度上实时原位考察单个金属纳米颗粒与周围环境及细胞的相互作 用日益成为人们研究的热点。单个金属纳米颗粒的 LSPR 光谱研究通常采用暗场 显微镜，但现有的暗场显微镜-光谱仪联用装置只能得到处于静止状态的单个金 属纳米颗 LSPR 光谱和暗场图像，不能实现高通量检测以及对样品运动轨迹的实 时跟踪，且造价昂贵。本文针对这一问题，结合透射光栅的光学性质和暗场显 微镜的成像原理，设计了一套新的、简便的光学装置，实现了能够在二维层面上实时的、动态、高通量地对金属纳米颗粒进行研究的成像技术。具体内容如 下： (1)单个金纳米颗粒的证明实验-浓度梯度分析 为了研究暗场显微镜 的灵敏度并且验证是否能在普通暗场显微镜下观察到单个 18 nm 金颗粒，本实 验采用浓度梯度方法对其进行研究。在获得荧光微球良好浓度梯度图的基础上， 本章进一步优化了实验条件，解决了金颗粒分布不均匀，其暗场图像背景噪音 高的问题。最终得出在 2000 ms 的曝光时间下，在 APTMS 修饰的玻片上能够观 察到单个的 18 nm 金颗粒的结论。此结论为用暗场显微镜观察单个纳米金颗粒 的 LSPR 光谱提供了先决条件。