CN102488524A

CN102488524A - 基于金纳米棒的近红外光吸收成像方法

Info

Publication number: CN102488524A
Application number: CN2011103854081A
Authority: CN
Inventors: 喻学锋; 何定飞; 王佳宏
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种基于金纳米棒的近红外光吸收成像方法。在合成过程中，改变反应条件可以调控金纳米棒的长径比，进而控制其吸收峰峰位。成像时，用金纳米棒标记被测物，调节光源发出近红外光透过被测物，金纳米棒标记的被测物各部分对近红外光的吸收不同而成像，用CCD摄像机采集被测物图像，即可得到被测物的近红外光吸收图像。本发明具有响应速度快、信噪比高、穿透性强、所需成像设备简单经济、可进行多组分同时无损检测等优点。

Description

基于金纳米棒的近红外光吸收成像方法

技术领域

本发明涉及一种基于金纳米棒的近红外光吸收成像方法，属于生物医学成像及防伪技术领域。

背景技术

近年来，人们对金纳米材料的研究取得了长足的进步，不但可以制备出不同尺寸的金纳米粒子，还可以对其形貌加以控制，以调控其光学特性。其中，金纳米棒(GNRs)是一种被广为研究的金纳米材料，其制备过程中采用不同的实验参数，可实现对长径比的精确调控。更为重要的是，金纳米棒有着独特的光学性质：当入射光的波长与金纳米棒自由电子的振动频率发生共振耦合时，就会产生表面等离子体共振 (surface plasmon resonance, SPR)，且纵向表面等离子体共振峰位(从可见区到近红外区) 就取决于金纳米棒的长径比。通过控制不同长径比，可以实现纵向表面等离子体共振峰位置的调控。

在生物医学领域中，人们一直在探寻能够进行非介入式在体分析、多组分同时测定和快速在线分析的仪器方法。近红外光谱分析技术同时拥有上述优点，可以实现过程分析和生物体的在体非介入分析和监测。因此，使其在生物医学领域的应用具有极大的生命力，引起许多研究者的关注。其基本原理仍是基于近红外光对人体组织的一定的穿透性和对血红蛋白的选择性吸收。在癌症诊断方面，近红外成像被用于乳腺肿瘤的辅助诊断，现已在临床实际应用，并日趋普及。在常规分析中，近红外光谱的最大优势在于其穿透性强，能够进行无损、非介入分析。因而除了在生物医学领域的应用外，近红外成像技术也是工业、遥感、天文等领域受重视的一种成像方法。

近红外成像技术在近年来成为颇为活跃的一个研究热点。2000年，白净等公开了一种数字化近红外医学成像及异物定位装置（中国专利公开号 CN1241395A）；2002年，日本的三轮直人等公开了一种近红外荧光照影剂和荧光成像（中国专利公开号 CN99817043.7）。但是常见的近红外成像技术都是利用近红外光穿透性，用近红外光照射被检测区域或者利用近红外荧光造影剂被激发光激发而发射近红外荧光，然后接收检测区域反射或透射出的近红外光从而实现成像。然而，利用被测物对近红外光的吸收来成像的相关技术迄今为止未见报道。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况提供一种基于金纳米棒的近红外光吸收的成像方法。

本发明的技术方案采用以下步骤：

1、根据被测物对近红外光的吸收特性确定所用近红外光的波长，然后选择特定长径比的金纳米棒，使金纳米棒在该波长处的吸收峰接近峰位，并测出实际对应的吸收峰峰位；

2、将未用金纳米棒溶液处理的被测物固定在近红外光吸收成像仪的载物台上，调节仪器近红外光光强，CCD摄像机的焦距和进光量，选择和所用近红外光的波长一致的滤波片，拍摄背景图像；

3、配备金纳米棒溶液，用金纳米棒溶液标记被测物；

4、保持近红外光吸收成像仪的各项设置不变，用对应于金纳米棒吸收峰峰位的近红外光照射用金纳米棒处理后的被测物，用CCD摄像机接收被测物的图像；

5、对获得的图像进行处理，即得到被测物的近红外光吸收图像。

用金纳米棒标记被测物的方法包括偶联、涂抹、注射等。

图1是近红外光吸收成像仪工作原理示意图，如图所示，调节近红外光光源发出强度合适的近红外光，近红外光透过载物台上的被测物，被测物各部分对近红外光的吸收不同而呈现出吸收图像，CCD摄像机透过与近红外光波长一致的滤波片采集被测物图像，然后由电脑软件对获得的图像进行减色、伪彩等处理，即可得到被测物相关区域的近红外光吸收图像。

金纳米棒溶液的吸收强度与金纳米棒溶液的浓度的关系如图2所示，图中编号越大的金纳米棒溶液浓度越大，可以看出在一定透过深度下，金纳米棒溶液的吸收强度与金纳米棒溶液的浓度成正相关。因此可以通过测量吸收图像某一区域的吸收强度，由金纳米棒溶液的吸收强度与金纳米棒溶液的浓度关系分析出该区域金纳米棒溶液的大致浓度，从而用来对金纳米棒溶液在被测物中的浓度分布做定性分析。

通过控制反应条件，我们合成了不同长径比的金纳米棒，其相应的吸收光谱如图3所示。随着金纳米棒长短轴的增大，金纳米棒的吸收峰峰位逐渐红移，从而获得不同吸收峰峰位的金纳米棒。在应用过程中可根据需要选择不同波长的近红外光进行吸收成像，以获得最好的成像效果。例如在涉及到本身具有近红外辐射的物质时，可选择远离该波段的近红外光进行成像，以降低物质本身辐射的干扰。

本发明可应用于小动物活体成像，防伪标记等方面。本发明具有响应速度快、信噪比高、穿透性强、所需成像设备简单经济、可进行多组分同时无损检测等优点。

附图说明

图1 是近红外光吸收成像仪工作原理示意图；

图2 是金纳米棒溶液的吸收强度与金纳米棒溶液浓度的关系；

图3是不同长径比的金纳米棒的吸收光谱；

图4是吸收峰峰位位于810 nm的金纳米棒的吸收光谱及透射电镜照片；

图5 是老鼠腿部皮下注射金纳米棒后的近红外光吸收成像图；

图 6是防伪标记成像图。

具体实施方式

下面通过实施例所体现的具体实施方式，对本发明作进一步的阐明。

实施例1

（1）控制合成条件合成特定长径比的金纳米棒，使金纳米棒的吸收峰位于810 nm附近（见图4），离心水洗，去除合成金纳米棒过程残留的反应物质，用紫外光谱仪测出金纳米棒的吸收光谱图；

（2）将未注射金纳米棒溶液的老鼠固定在近红外光吸收成像仪的载物台上，调节仪器近红外光光强，CCD摄像机的焦距和进光量，选择810 nm的滤波片，拍摄背景图像；

（3）将浓度为8 nM的金纳米棒溶液0.02 mL注射到老鼠的腿部；

（4）保持近红外光吸收成像仪的各项设置不变，对注射金纳米棒溶液后的老鼠拍摄图像；

（5）操作软件对所得图片进行减色、伪彩、叠加处理即得到老鼠腿部皮下注射金纳米棒后的近红外光吸收图像。

图4是老鼠腿部皮下注射金纳米棒后的近红外光吸收成像图，由图中可以看出所得的吸收成像图对比度高，图像清晰，老鼠右后腿腿部注射金纳米棒的区域清楚可见，与之相对照的老鼠左后腿腿部没有明显吸收信号。

实施例2

（2）将未用金纳米棒溶液处理的纸张固定在近红外光吸收成像仪的载物台上，调节仪器近红外光光强，CCD摄像机的焦距和进光量，选择810 nm的滤波片，拍摄背景图像；

（3）将浓度为8 nM的金纳米棒溶液作为防伪油墨在纸张上涂抹书写出特定防伪符号，待金纳米棒溶液干燥后用另外一张纸粘贴在涂有防伪符号的纸上将防伪符号遮盖；

（4）保持近红外光吸收成像仪的各项设置不变，对涂有金纳米棒溶液防伪符号的纸张拍摄图像；

（5）操作软件对所得图片进行减色、伪彩处理即得到防伪符号图像，而在白光下观察则看不见符号痕迹。

图6（a）是白光下用金纳米棒溶液处理过的白纸的图像，图6（b）是防伪标记的近红外光吸收成像图。由图中可以看出，白光下在白纸上防伪标记区域完全看不到任何防伪标记的痕迹，而利用近红外光吸收成像技术则可以得到非常清晰的防伪标记图像。

以上显示和描述了本发明的基本原理和本发明的优点。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，其中提到的近红外光波长包含但不仅限于810 nm。本行业的技术人员应该了解。本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于金纳米棒的近红外光吸收成像方法，其特征在于包括如下步骤：

1）根据被测物对近红外光的吸收特性确定所用近红外光的波长，然后选择特定长径比的金纳米棒，使金纳米棒在该波长处的吸收峰接近峰位，并测出实际对应的吸收峰峰位；

2）将未用金纳米棒溶液处理的被测物固定在近红外光吸收成像仪的载物台上，调节仪器近红外光光强，CCD摄像机的焦距和进光量，选择和所用近红外光的波长一致的滤波片，拍摄背景图像；

3）配备金纳米棒溶液，用金纳米棒溶液标记被测物；

4）保持近红外光吸收成像仪的各项设置不变，用对应于金纳米棒吸收峰峰位的近红外光照射用金纳米棒处理后的被测物，用CCD摄像机接收被测物的图像；

5）对获得的图像进行处理，即得到被测物的近红外光吸收图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用金纳米棒标记被测物的方法包括偶联、涂抹、注射。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对获得的图像进行处理包括对所得图片进行减色、伪彩、叠加处理。