本文選題：暗場光散射成像　切入點(diǎn)：單納米顆粒　出處：《西南大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：獨(dú)特的斜射照明方式使暗場光散射成像具有無背景信號(hào)、信噪比高及分辨率高等獨(dú)特優(yōu)勢。貴金屬納米顆粒作為等離子體探針具有光學(xué)信號(hào)強(qiáng)、光穩(wěn)定性高、光學(xué)性質(zhì)可調(diào)及易標(biāo)記等優(yōu)勢。將單個(gè)貴金屬納米顆粒作為光學(xué)探針,與暗場光散射成像技術(shù)結(jié)合后獲得單顆粒暗場光散射成像技術(shù)。單顆粒暗場光散射成像技術(shù)具有傳統(tǒng)成像技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢,如高靈敏度、高分辨率及精準(zhǔn)的局域信息,因此,在單納米顆粒水平監(jiān)控動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程和空間分辨方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,單顆粒暗場光散射成像技術(shù)仍存在一定局限性,例如對(duì)單納米顆粒局域表面等離子體共振性質(zhì)研究不完善、暗場成像結(jié)果準(zhǔn)確度不高及無法實(shí)現(xiàn)定量分析多靶物等。本論文圍繞上述研究難點(diǎn)和問題,在單顆粒暗場光散射成像技術(shù)的成像性能改進(jìn)及多靶物分析檢測應(yīng)用方面開展了如下具體工作:1.徑向比對(duì)單個(gè)金納米棒光散射分析靈敏度的影響首先,我們制備出具有不同形貌的金納米顆粒(AuNPs),利用暗場光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡對(duì)同一批次納米顆粒進(jìn)行共定位,研究形貌與其散射光性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果顯示,在暗場顯微鏡下散射綠光的為球形或者立方納米顆粒,散射黃光的為橢球形顆粒,散射紅光的為棒狀納米顆粒,并且徑向比越大的納米顆粒其散射光的紅色程度越大。接下來,我們將納米顆粒置于具有不同折光指數(shù)的介質(zhì)中觀察其散射光的變化,發(fā)現(xiàn)徑向比越大的金納米棒(Au NRs)對(duì)折光指數(shù)的變化響應(yīng)越靈敏。該研究為進(jìn)一步篩選具有高靈敏度的探針顆粒提供了理論基礎(chǔ)。2.內(nèi)標(biāo)納米顆粒提高暗場光學(xué)成像的準(zhǔn)確度手工操作會(huì)在暗場光學(xué)成像結(jié)果中引入一些不可避免的誤差。為了校準(zhǔn)這一部分誤差,我們引入內(nèi)標(biāo)納米顆粒(IR),利用IR的散射光信號(hào)來校準(zhǔn)探針納米顆粒的散射光信號(hào)。我們選用未經(jīng)修飾的AuNPs作為IR,選擇銀納米顆粒(AgNPs)或者修飾后的AuNPs作為探針納米顆粒。首先,我們考察了這種內(nèi)標(biāo)法的使用是否可行。結(jié)果表明,在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者經(jīng)受外界物理刺激的情況下,IR與探針納米顆粒散射光強(qiáng)度的比值保持不變,證明這種方法是可行的。接下來,我們做了三組實(shí)驗(yàn)考察引入IR對(duì)暗場下探針光學(xué)信號(hào)準(zhǔn)確度的影響:(1)室溫下監(jiān)控AgNPs在空氣中的氧化過程;(2)利用AuNPs催化葡萄糖產(chǎn)生的過氧化氫(H2O2)降低AgNPs散射光強(qiáng)度來測定葡萄糖的濃度;(3)研究AuNPs與染料四甲基羅丹明(TAMRA)或者Cy3發(fā)生等離子體共振能量轉(zhuǎn)移(PRET)后散射光的變化。結(jié)果表明,未經(jīng)修飾的AuNPs作為IR可以大大提升探針納米顆粒暗場光散射成像結(jié)果的準(zhǔn)確度。3.金納米顆粒與染料發(fā)生等離子體共振能量轉(zhuǎn)移效率與供受體之間距離的關(guān)系我們將內(nèi)標(biāo)法進(jìn)一步引入到對(duì)PRET的理論研究中。粒徑為50 nm的AuNPs的散射峰位于550 nm左右,而染料TAMRA和Cy3在550 nm左右具有強(qiáng)吸收。當(dāng)納米顆粒與染料之間距離足夠近時(shí),兩者之間能夠發(fā)生PRET。其中,AuNPs作為供體,染料作為受體。我們將納米顆粒與染料利用雙鏈DNA連接在一起,通過調(diào)節(jié)雙鏈DNA的長度來調(diào)控供受體之間的距離,并考察不同距離下AuNPs散射光變化情況,這樣就能得到供受體之間的距離對(duì)PRET效率的影響。時(shí)域有限差分方法(FDTD)模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,供受體之間的距離確實(shí)會(huì)影響PRET效率,兩者之間距離越近,則PRET效率越高。4.雙色光學(xué)探針對(duì)兩種疾病標(biāo)志物的同時(shí)檢測我們在載玻片表面修飾甲胎蛋白(AFP)抗體和癌胚抗原(CEA)抗體。加入AFP和CEA后,修飾有AFP抗體的AuNPs和修飾有CEA抗體的AgNPs通過形成三明治免疫夾心結(jié)構(gòu)而結(jié)合到玻片表面。金納米顆和銀納米顆在暗場下分別散射綠光和藍(lán)光,通過計(jì)數(shù)暗場光散射成像圖片中綠色光斑和藍(lán)色光斑的數(shù)量就能實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測AFP和CEA,檢測范圍為0.5-100 ng/m L。我們進(jìn)一步考察了AFP和CEA在同時(shí)檢測中的相互干擾,發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者濃度在0.5-10 ng/m L時(shí)不存在相互干擾。并且我們構(gòu)建的這種方法能夠用于多靶物檢測,只要使用散射多種顏色的納米光學(xué)探針,便能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種靶物的同時(shí)靈敏檢測�？傊�,本論文對(duì)單顆粒暗場光散射成像分析從靈敏度、準(zhǔn)確度、靶物檢測三方面做了改進(jìn),并研究了在暗場光散射成像分析中占有重要地位的PRET的理論部分,這對(duì)于實(shí)現(xiàn)更簡便、更靈敏的分析檢測方法具有重要意義。
[Abstract]:The unique way of making oblique illumination dark field light scattering imaging with background signal, high signal-to-noise ratio and high resolution. The unique advantages of noble metal nanoparticles as plasma probe with optical signal intensity, high light stability, tunable optical properties and easy marking and other advantages. The single noble metal nanoparticles as optical probes, and combined with the dark light single particle scattering imaging obtained after dark field light scattering imaging technique. The single particle dark field light scattering imaging technique can not be compared with the traditional imaging techniques, such as high sensitivity, high resolution and accurate information, the local area therefore has a broad application prospect in the resolution of single nanoparticle level monitoring dynamic reaction process and space. However, single particle, dark field light scattering imaging technology still has some limitations, such as the single nanoparticles localized surface plasmon resonance properties research. Good, dark field imaging results is not accurate and can not achieve the quantitative analysis of multi targets. This paper focuses on the research of difficulties and problems, analysis of application carried out the following specific work in the imaging performance of improved single particle dark field light scattering imaging technique and multi targets: 1. radial alignment of single gold nanorods light scattering analysis the sensitivity of the first effect, we prepared gold nanoparticles with different morphologies (AuNPs), were Co located on the same batch of nano particles using dark field optical microscopy and scanning electron microscopy, to study the relationship between morphology and light scattering properties. The results showed that, in the light scattering under dark field microscope are spherical or cubic nanoparticles. The yellow light scattering of ellipsoidal particles, the scattering light is the rod like nano particles, nano particles and red degree greater than the radial scattering light more. Next, I We will observe the change of light scattering of nano particles with different refractive index in the medium, it is found that the radial ratio of gold nanorods (Au NRs) on the change of refractive index response more sensitive. This study provides improved optical imaging accuracy error field manual operation will introduce some inevitable in the dark field optical imaging results the theoretical basis of internal standard.2. nanoparticles for further screening of probe particles with high sensitivity. In this part the calibration error, we introduce the internal standard (IR), nano particle scattering light signal to calibrate the probe using nano particle scattering light signal IR. We use the unmodified AuNPs as IR, the choice of silver nano particles (AgNPs) or modified AuNPs nanoparticles as probe. Firstly, we investigated the use of internal standard method is feasible. The results show that the chemical reaction does not occur in or after From external physical stimulus and the ratio of IR and probe nano particle scattering light intensity remains unchanged, this method is proved to be feasible. Next, we do three experiments the effects of introducing IR on the optical signal under dark field probe accuracy: (1) the oxidation process under room temperature monitoring AgNPs in air; (2) produced by glucose catalyzed AuNPs hydrogen peroxide (H2O2) decreased the concentration of AgNPs scattering light intensity to the determination of glucose; (3) AuNPs and dye methyl four Luo Danming (TAMRA) or Cy3 energy transfer plasmon resonance (PRET) changes in light scattering. The results showed that the unmodified AuNPs as IR can greatly enhance the nanoparticle probe dark field light scattering imaging accuracy.3. gold nanoparticles and dye energy plasmon resonance transfer efficiency and the distance of the relationship between donor and recipient will further our standard method Introduction to the theory of PRET. The particle size is 50 nm AuNPs scattering peak located at about 550 nm, while TAMRA and Cy3 dyes have strong absorption at around 550 nm. When the distance between the nanoparticles and the dye is close enough, which can occur between PRET., AuNPs as the donor dye as a receptor. We will dye nanoparticles and connected together using a double stranded DNA, double stranded DNA by adjusting the length to control the distance between donor and acceptor, and the effects of different distance under AuNPs scattering light changes, so that we can get the distance between donor and acceptor influence on efficiency of PRET. The finite difference time domain method (FDTD) simulation results and experimental results show that the distance between donor and acceptor will indeed affect the efficiency of the PRET, between the distance closer, the higher the efficiency of PRET.4. double color optical probe of two markers of disease at the same time, we detected the surface of a glass slide Modification of alpha fetoprotein (AFP) antibody and carcinoembryonic antigen (CEA) antibody. Adding AFP and CEA, AuNPs modified and modified AFP antibody CEA antibody AgNPs by forming a sandwich structure and binding to the sandwich glass surface. Gold nanoparticles and silver nanoparticles in dark field scattering are green and blue. Simultaneous detection of AFP and CEA by the number of green and blue light spot can count dark field light scattering imaging in the picture, the detection range is 0.5-100 ng/m L., we further investigated the AFP and CEA at the same time interference detection, found that when the two concentrations do not interfere with each other in the 0.5-10 ng/m L. This method and we construct can be used for multiple target detection, as long as the use of a variety of colors of the nano scattering optical probe, can achieve a variety of targets and sensitive detection. In short, this paper analysis of the single particle dark field light scattering imaging From the sensitivity, accuracy, target detection three improvements have been made part of theory and research plays an important role in the analysis of dark field light scattering imaging in PRET, to realize the more simple, is of great importance to the analysis of more sensitive detection methods.

【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O657.3;O644.1

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本文編號(hào)：1586457