背景

András Deák博士的研究重點(diǎn)是了解分子如何相互作用并附著在納米顆粒表面背后的物理學(xué)。許多應(yīng)用依賴于以預(yù)定方式附著在納米顆粒表面的引入分子。然而，如果納米顆粒已經(jīng)有分子附著在其表面，則不能保證完全的分子交換。單納米顆粒散射實(shí)驗(yàn)可以深入了解分子交換的程度，峰移和展寬與分子附著的增加相關(guān)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是它不受常用的體集成測(cè)量期間固有存在的同源展寬的影響。

András Deák研究的另一個(gè)方面集中在自組裝上，即納米粒子如何在溶液中相互作用。納米顆粒被制造和表面改性，以便它們以預(yù)定義的方式相互附著。然而，這種附著通常通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)來(lái)表征，該過(guò)程從其液體環(huán)境中去除納米顆粒。隨著納米顆粒被表征的環(huán)境發(fā)生了變化，不確定這是否真的是納米顆粒在液體介質(zhì)中的相互作用方式。

圖1：定制的顯微光譜系統(tǒng)的圖像，由連接到光學(xué)顯微鏡的IsoPlane和PIXIS CCD相機(jī)組成。光譜顯示了單個(gè)金納米棒與1 mM半胱胺反應(yīng)時(shí)縱向表面等離子體共振峰的紅移。

挑戰(zhàn)

為了克服SEM表征引起的不均勻散射和環(huán)境變化，András Deák開(kāi)發(fā)了一種定制的顯微光譜系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在通過(guò)暗場(chǎng)照明分析單個(gè)納米顆粒的散射光譜。

在觀察分子交換時(shí)，研究人員將帶有附著在表面的分子的納米顆粒放入光學(xué)顯微鏡下的流通池中。然后，他們將新分子引入系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)單個(gè)納米顆粒的散射光譜如何隨時(shí)間變化。散射峰的寬度與附著在表面的分子數(shù)量相關(guān)，因此可用于確定分子交換的水平。

該方法還可用于確定納米顆粒如何在單個(gè)納米顆粒尺度上在液體內(nèi)相互作用。通過(guò)使用光譜學(xué)，András Deák的研究人員可以查看單個(gè)納米顆粒的表面細(xì)節(jié)，而無(wú)需將它們從液體介質(zhì)中去除。這些納米粒子光譜的任何變化都表明納米粒子已經(jīng)相互作用。由于IsoPlane經(jīng)過(guò)像差校正，我們可以在整個(gè)CCD范圍內(nèi)獲得高度可靠的強(qiáng)度值。

解決方案

定制的顯微光譜系統(tǒng)由連接到光學(xué)顯微鏡的IsoPlane和PIXIS CCD相機(jī)組成，在其上放置帶有納米顆粒的流通池。該系統(tǒng) 的 高度 靈活 性 允許 通過(guò) LabVIEW 集成 不同 組 件。這允許從一個(gè)程序完全控制IsoPlane，PIXIS，壓電平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。

IsoPlane是納米顆粒顯微光譜學(xué)的理想選擇，因?yàn)樗?jīng)過(guò)像差校正，為每個(gè)納米顆粒產(chǎn)生準(zhǔn)確的光譜，而無(wú)需任何額外的光譜展寬。這還可以防止光譜在CCD上擴(kuò)散，從而提供高度可靠的強(qiáng)度值，覆蓋PIXIS捕獲的整個(gè)波長(zhǎng)范圍。該系統(tǒng)還使用IntelliCal波長(zhǎng)和強(qiáng)度校準(zhǔn)燈，使研究人員能夠快速進(jìn)行非常可靠的測(cè)量。這使得研究人員能夠非常快速地在單個(gè)納米粒子尺度上以高精度評(píng)估納米顆粒表面的物理學(xué)。

審核編輯 黃宇