CN105699262A - 一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法 - Google Patents
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Abstract
一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，包括：使载玻片表面功能化以修饰上可在溶液中电离的基团，其在溶液相中电离出的电荷与待测带电微纳米颗粒电性相反；将带电微纳米颗粒的溶液滴在载波片上，带电微纳米颗粒受到异性电荷的相互吸引作用而被吸附于溶液滴落点与载玻片的交界面上，形成微纳米颗粒的富集区域；将盖玻片置于溶液滴落上方，施加一定压力使溶液向四周均匀扩散；依据带电微纳米颗粒的种类，利用适当的显微镜找到带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，基于统计结果测定出带电微纳米颗粒的浓度。该方法能够实现超低浓度的带电微纳米颗粒浓度的准确测定。
Description
技术领域
本发明涉及一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法。
背景技术
微纳米尺寸的固形材料受到了人们极大的关注，它们的性质如熔点、荧光特性、电磁特性等将完全取决于量子效应。这些功能型微纳米材料作为新一代的体材料，已有取代传统化工产品的趋势，并在多个领域如光学、电子学、能源、计算机、化学催化、和生物医学中有广泛应用。如基于局域表面等离子体效应的贵金属微纳米颗粒、将荧光量子点或染料分子包覆进入基质微纳米球形成的荧光微纳米球、上转换荧光微纳米晶等，其极高的信噪比和优异的生物兼容性使其在生物组织成像、血流示踪以及生化分析等方面获得了广泛关注。虽然这些微纳米材料在制备、应用以及基本性质理论建立等方面已有重大进展，但是一些基础性的问题仍然存在，其中一个就是如何精确定量所用微纳米粒子的数目或者摩尔浓度。由于缺乏类似的精确定量手段，许多下游应用，如粒子的表面修饰与功能化只能根据实验经验来决定用量的多少，很难保证实验结果的可重复性。目前对微纳米粒子浓度定量的方法主要有两类：一类是基于信号强度的整体平均探测方法，如通过质量与密度关系的定量方法、动态光散射、紫外-可见吸收光谱、荧光激发或发射强度等；另一类是基于单粒子计数的方法，如等离子体质谱、流式细胞仪以及各类显微成像技术。一般说来这些探测方法只适用于较高的浓度，而对更低浓度(10-14mol/L以下)的探测则无能为力。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，实现超低浓度的带电微纳米颗粒浓度的准确测定。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，包括以下步骤：
S1、准备载玻片，使其表面功能化以修饰上可在溶液中电离的基团，所述基团在溶液相中所电离出的电荷与待测带电微纳米颗粒所带电荷的电性相反；
S2、将带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上，溶液中的带电微纳米颗粒受到所述功能基团所电离出的异性电荷的相互吸引作用而被吸附于溶液滴落点与功能化的所述载玻片的交界面上，形成微纳米颗粒的富集区域；
S3、将盖玻片置于所述载玻片的溶液滴落上方，施加一定压力使溶液向四周均匀扩散，制成载玻片样本；
S4、依据带电微纳米颗粒的种类，利用适当的显微镜在所述载玻片样本上找到带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，基于所得的统计结果测定出带电微纳米颗粒的浓度。
进一步地：
步骤S2中，将1-10微升的带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上1-10分钟。
所述带电微纳米颗粒为在暗场下可观察计数的贵金属微纳米颗粒，步骤S4中，使用暗场显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
所述带电微纳米颗粒为在荧光显微镜下可观察计数的荧光微纳米球或者上转换荧光微纳米晶，步骤S4中，使用荧光显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
所述带电微纳米颗粒为带正电或带负电的微纳米颗粒；优选地，对于带负电的微纳米颗粒，步骤S1中，在载玻片上修饰带正电的氨基基团。
所述带电微纳米颗粒为表面功能化偶联有DNA磷酸基团的金微纳米棒，步骤S1包括以下步骤：
S11、将所述载玻片浸泡于浓硫酸与双氧水体的混合溶液中一段时间，再经过去离子水冲洗和超声处理后烘干；
S12、将烘干后的载玻片浸泡于氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液中一段时间，再经过去离子水冲洗后烘干。
步骤S11中，将所述载玻片浸泡于浓硫酸与30％双氧水体积比为3：1的溶液中1到2个小时。
步骤S12中，将所述载玻片浸泡于5-30％的氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液中1小时。
步骤S2中，将金微纳米棒溶液滴在经步骤S1处理的载玻片上，静置3-5分钟。
步骤S4中，使用暗场显微镜找到在视野中显现出红色的金微纳米棒的富集区域的边界，统计该富集区域内出现的全部红色亮点，基于所得的统计结果测定出溶液中修饰有DNA磷酸基团的金微纳米棒数目。
本发明的有益效果：
携带有同性电荷的微纳米颗粒可稳定单分散于水溶液中而不至产生聚集沉淀，是其能在多个领域中获得广泛应用的基本前提。本发明利用这一特性，将载玻片表面功能化以修饰上可在溶液中电离的基团，该基团在溶液中电离出的电荷与带电微纳米颗粒的电性相反，从而能够将带电微纳米颗粒将固定吸附富集于载玻片表面上。然后，可使用显微镜对微纳米颗粒的富集区域进行观察计数。例如，若所用颗粒是暗场可计数的贵金属微纳米颗粒，则可用暗场光学显微镜进行统计；若所用颗粒是微纳米荧光球或上转换荧光微纳米晶则可用荧光显微镜进行统计，所得的统计结果可用于微纳米颗粒的浓度测定。通过上述方法，本发明能够实现超低浓度的带电微纳米颗粒浓度的准确测定。
附图说明
图1为本发明带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法实施例中金微纳米棒绝对个数与实测数目的线性关系曲线图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
发明人研究时注意到，微纳米颗粒能在溶液中稳定悬浮而不发生聚集沉淀的一个主要原因，就是源于其自身携带着的同种电荷的互相排斥作用，利用这一特点，我们发明了一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法。
在一种实施例中，一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，包括以下步骤：
步骤S1、准备载玻片，使其表面功能化以修饰上可在溶液中电离的基团，所述基团在溶液相中所电离出的电荷与待测带电微纳米颗粒所带电荷的电性相反；
步骤S2、将带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上，溶液中的带电微纳米颗粒受到所述功能基团所电离出的异性电荷的相互吸引作用而被吸附于溶液滴落点与功能化的所述载玻片的交界面上，形成微纳米颗粒的富集区域；
步骤S3、将盖玻片置于所述载玻片的溶液滴落上方，施加一定压力使溶液向四周均匀扩散，制成载玻片样本；
步骤S4、依据带电微纳米颗粒的种类，利用适当的显微镜在所述载玻片样本上找到带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，基于所得的统计结果测定出带电微纳米颗粒的浓度。
在优选的实施例中，步骤S2中，将1-10微升的带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上1-10分钟。
在优选的实施例中，所述带电微纳米颗粒为在暗场下可观察计数的贵金属微纳米颗粒，步骤S4中，使用暗场显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
在优选的实施例中，所述带电微纳米颗粒为在荧光显微镜下可观察计数的荧光微纳米球或者上转换荧光微纳米晶，步骤S4中，使用荧光显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
所述带电微纳米颗粒既可以是带正电的微纳米颗粒，也可以是带负电的微纳米颗粒。
在一种优选实施例中，对于带负电的微纳米颗粒，步骤S1中，在载玻片上修饰带正电的氨基基团。
根据本发明的实施例中，一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法。主要有以下几个步骤：
步骤一：选择一块洁净的载玻片，使其表面功能化修饰上某种基团。这种基团在溶液相中电离出的电荷与微纳米颗粒所带的电荷电性相反，从而使溶液中的微纳米颗粒能通过异性电荷的相互吸引被吸附于功能化的载玻片上。
步骤二：将1-10微升的带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的载波片上1-10分钟，使其中的微纳米颗粒大量吸附于溶液滴落点与载波片的交界面上，形成微纳米颗粒的富集区域。
步骤三：将洁净的盖玻片置于载玻片的溶液滴落上方，施加一定压力，使溶液向四周缓慢均匀扩散，制成待用的载玻片样本。
步骤四：依据待测微纳米颗粒的种类，选择不同的计数方法。如果待测微纳米颗粒是暗场下可观察计数的贵金属微纳米颗粒，利用暗场显微镜找到其富集区域，用相机统计其中单位面积的贵金属微纳米颗粒个数进而获知富集区域内总的微纳米颗粒个数；如果待测微纳米颗粒是荧光显微镜下可观察计数的荧光微纳米球或者上转换荧光微纳米晶，则可用荧光显微镜找到其富集区域，用相机统计其中单位面积的微纳米颗粒个数进而获知富集区域的总的微纳米颗粒个数。
下面以表面功能化偶联有大量DNA的金微纳米棒为例，对本发明优选实施例的探测方法予以进一步描述。这种金微纳米棒上偶联的DNA磷酸基团会在溶液中电离产生大量负电荷，使金微纳米棒整体上表现为负电，并且其极强的散射特性使其能在暗场显微镜下实现单个颗粒的计数。这种金微纳米颗粒的探测过程主要包括以下几个步骤：
步骤一：选择一块洁净的载玻片，将其浸泡于浓硫酸与30％双氧水体积比为3：1的溶液中1到2个小时，用大量的去离子水冲洗并超声数遍后置于无尘真空干燥箱中烘干。
步骤二：将烘干后的载玻片浸泡于5-30％的氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液中，静置1小时，用大量的去离子水冲洗后置于无尘真空干燥箱中烘干后备用。
步骤三：取出步骤二中烘干的载玻片，将金微纳米棒溶液滴在其上，静置3-5分钟，将洁净的盖玻片轻轻压在液滴上制成载玻片样本。
步骤四：金微纳米棒将在液滴落点处的数个平方毫米的区域内富集，而该区域以外则极少有金微纳米棒的出现。由于金微纳米棒在暗场显微镜的视野中显现出红色，可利用暗场显微镜找到该富集区域的边界，统计该富集区域内出现的全部红色亮点，即可测得溶液中修饰有DNA的金微纳米棒数目。
在实验测试中，显示金微纳米棒富集区与非富集区存在有明显边界，说明金微纳米棒大量集中于滴制载玻片样本时的液滴落点处。在金微纳米棒非富集区内的暗场图中，在非液滴落点处，显微镜视野中能看到的红色亮点数目极少；在金微纳米棒富集区内的暗场图中，在液滴落点处，显微镜视野中能看到大量的红色亮点集中。图1为金微纳米棒绝对个数与实测数目的线性关系曲线图。
当然，对载玻片的处理并不仅局限于氨丙基三乙氧基硅烷，也可以利用其他的化学试剂在载玻片上修饰带正电的基团，并获得同样的效果。
另外，以上具体实施例是以带负电的微纳米颗粒作为待测带电微纳米颗粒而描述的一种方案，实际上对于带正电的待测微纳米颗粒也可以用类似原理对载玻片进行处理使其修饰上带负电的基团，本领域技术人员能够理解，可以使用不同的处理试剂来实现这一目的。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、准备载玻片，使其表面功能化以修饰上可在溶液中电离的基团，所述基团在溶液相中所电离出的电荷与待测带电微纳米颗粒所带电荷的电性相反；
S2、将带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上，溶液中的带电微纳米颗粒受到所述功能基团所电离出的异性电荷的相互吸引作用而被吸附于溶液滴落点与功能化的所述载玻片的交界面上，形成微纳米颗粒的富集区域；
S3、将盖玻片置于所述载玻片的溶液滴落上方，施加一定压力使溶液向四周均匀扩散，制成载玻片样本；
S4、依据带电微纳米颗粒的种类，利用适当的显微镜在所述载玻片样本上找到带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，基于所得的统计结果测定出带电微纳米颗粒的浓度。
2.如权利要求1所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,步骤S2中，将1-10微升的带电微纳米颗粒的溶液滴在功能化的所述载波片上1-10分钟。
3.如权利要求1或2所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,所述带电微纳米颗粒为在暗场下可观察计数的贵金属微纳米颗粒，步骤S4中，使用暗场显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒的个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
4.如权利要求1或2所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,所述带电微纳米颗粒为在荧光显微镜下可观察计数的荧光微纳米球或者上转换荧光微纳米晶，步骤S4中，使用荧光显微镜找到所述带电微纳米颗粒的富集区域，用相机拍摄并统计其中单位面积的带电微纳米颗粒个数，进而确定富集区域内总的带电微纳米颗粒个数。
5.如权利要求1或2所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,所述带电微纳米颗粒为带正电或带负电的微纳米颗粒；优选地，对于带负电的微纳米颗粒，步骤S1中，在载玻片上修饰带正电的氨基基团。
6.如权利要求1或2所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,所述带电微纳米颗粒为表面功能化偶联有DNA磷酸基团的金微纳米棒，步骤S1包括以下步骤：
S11、将所述载玻片浸泡于浓硫酸与双氧水体的混合溶液中一段时间，再经过去离子水冲洗和超声处理后烘干；
S12、将烘干后的载玻片浸泡于氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液中一段时间，再经过去离子水冲洗后烘干。
7.如权利要求6所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,步骤S11中，将所述载玻片浸泡于浓硫酸与30％双氧水体积比为3：1的溶液中1到2个小时。
8.如权利要求6或7所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,步骤S12中，将所述载玻片浸泡于5-30％的氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液中1小时。
9.如权利要求6至8任一项所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,步骤S2中，将金微纳米棒溶液滴在经步骤S1处理的载玻片上，静置3-5分钟。
10.如权利要求6至9任一项所述的带电微纳米颗粒的超低浓度探测方法，其特征在于,步骤S4中，使用暗场显微镜找到在视野中显现出红色的金微纳米棒的富集区域的边界，统计该富集区域内出现的全部红色亮点，基于所得的统计结果测定出溶液中修饰有DNA磷酸基团的金微纳米棒数目。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2019001265A1 (zh) * | 2017-06-27 | 2019-01-03 | 暨南大学 | 一种测定表面电荷的方法 |
| CN110426335A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-08 | 苏州大学 | 一种基于原子力显微镜的纳米颗粒浓度测量方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN202330239U (zh) * | 2011-11-03 | 2012-07-11 | 中国矿业大学(北京) | 微纳米粒子计数装置 |
| CN104614360A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-05-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种在锥形光纤表面组装贵金属纳米晶的方法 |
| CN105132533A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-12-09 | 清华大学深圳研究生院 | 一种靶分子浓度的检测方法 |
-
2016
- 2016-01-22 CN CN201610044462.2A patent/CN105699262A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|
| 宋园园: "单个金纳米颗粒和金纳米棒的暗场光谱成像研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑(月刊)》 * |
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