CN107101942A - 一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，探针由两个分别具有表面等离子共振效应的金属纳米粒子线性连接构成，粒子间距的取值不大于最大粒子的直径。本发明利用双金属纳米粒子间的表面等离子共振耦合对入射光产生的去偏振作用和增强散射，用正交偏振技术去除强大的入射背景并提取双金属纳米粒子的增强散射信号进行成像，本发明的效果和益处是为单分子影像技术提供一种基于双金属纳米粒子的新型探针。

Description

一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针
技术领域
本发明属于纳米光学技术领域，涉及到纳米结构对光的作用，特别涉及利用纳米结构对入射光偏振态的改变进行成像。
背景技术
随着生物医学的发展，生命本质的研究已经深入到分子层面，分子显影技术是该领域研究不可或缺的手段之一。由于分子的尺寸很小，难以对其进行直接成像，通常采用探针标记的方法。金属纳米粒子以其高亮度、生物兼容性好、无光漂白等优点越来越受到生物研究的关注。但是将其作为探针挑战很大，因为粒子的散射强度跟粒子的直径大小成正比，例如，当粒子的直径由200nm降到20nm时，其散射光强将急速降低106倍，如此微弱的参数信号难以从入射背景中提取出来，因此很难显影。
发明内容
本发明提供一种基于双金属纳米探针的偏振显微成像方法，利用双金属纳米粒子间的表面等离子共振耦合对入射光产生的去偏振作用和增强散射，用正交偏振技术去除强大的入射背景并提取双金属纳米粒子的增强散射信号进行成像，本发明的效果和益处是为单分子影像技术提供一种基于双金属纳米粒子的新型探针。
本发明的技术方案：
一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是该探针由两个分别具有表面等离子共振效应的金属纳米粒子线性连接构成，粒子间距的取值范围是0到最大粒子的直径。
如上所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征在于利用双金属纳米粒子间的表面等离子体共振耦合对入射光产生的去偏振作用进行目标成像，应用于激光偏振显微成像装置，该装置包括光源系统、准直扩束及分光系统、偏振态调整系统、聚焦系统、探针散射信号提取及放大系统和计算机；其特征在于：光源系统提供偏振光，且其波长等于双粒子发生表面等离子体共振耦合的波长；准直扩束及分光系统将光源发出的光束进行扩束以不小于聚焦系统的入瞳尺寸，并将该光束分为两路A和B；偏振态调整系统将经过扩束分光的两路入射光调整为线偏振光，且两者的偏振方向正交；聚焦系统将其中的一路入射光A聚焦到探针所在的焦平面上；探针的散射信号提取与放大系统通过正交偏振方法提取与入射光A偏振方向垂直的探针散射光电场分量并通过与另外一路入射光B进行干涉放大。
如上所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是单个粒子的形状不限。
如上所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是探针对入射光的去偏振散射振幅正比于Ksin(2θ),K是双粒子的表面等离子体共振耦合产生的散射增强，θ是入射光的偏振方向与粒子对轴线的夹角。
附图说明
图1是基于正交偏振的双金属纳米探针的散射信号探测系统。
图2A是粒径为60nm、中心距离为65nm的两个实心金粒子构成的粒子对，其相对于单个粒子的归一化的吸收截面随入射波长的分布，入射光与粒子对轴线的夹角分别为0°、30°、60°、90°。
图2B是粒径为60nm、中心距离为65nm的两个实心金粒子构成的粒子对，其相对于单个粒子的归一化的散射截面随入射波长的分布，入射光与粒子对轴线的夹角分别为0°、30°、60°、90°。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是该探针由两个分别具有表面等离子共振效应的直径为60nm的实心球形金粒子经双硫醇线性连接在一起，两个球心的连线与x轴的夹角为θ，粒子间距小于5nm。
如上所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征在于利用双金属纳米粒子间的表面等离子体共振耦合对入射光产生的去偏振作用进行目标成像，应用于激光偏振显微成像装置，该装置包括光源系统、准直扩束及分光系统、偏振态调整系统、聚焦系统、探针散射信号提取及放大系统和计算机；其特征在于，光源系统提供偏振光，且其波长等于双粒子发生表面等离子体共振耦合的波长；准直扩束及分光系统将光源发出的光束进行扩束以不小于聚焦系统的入瞳尺寸，并将该光束分为两路A和B；偏振态调整系统将经过扩束分光的两路入射光调整为线偏振光，且两者的偏振方向正交；聚焦系统将其中的一路入射光A聚焦到探针所在的焦平面上；探针的散射信号提取与放大系统通过正交偏振方法提取与入射光A偏振方向垂直的探针散射光电场分量并通过与另外一路入射光B进行干涉放大。
如上所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，入射光的偏振方向平行于x轴，如图2所示，该偏振方向在平行于粒子轴线方向产生增强散射，借此在y方向上产生分量，该探针在y方向上的偏振散射振幅正比于Ksin(2θ)，K是双粒子的表面等离子体共振耦合产生的散射增强。

Claims (5)

1.一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征在于该探针由两个分别具有表面等离子共振效应的金属纳米粒子线性连接构成，粒子间距的取值不大于最大粒子的直径。
2.根据权利要求1所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征在于，该探针应用于激光偏振显微成像装置，利用双金属纳米粒子间的表面等离子体共振耦合对入射光产生的去偏振作用进行目标成像；
所述的激光偏振显微成像装置包括光源系统、准直扩束及分光系统、偏振态调整系统、聚焦系统、探针散射信号提取及放大系统和计算机；光源系统提供偏振光，且其波长等于双粒子发生表面等离子体共振耦合的波长；准直扩束及分光系统将光源发出的光束进行扩束到不小于聚焦系统的入瞳尺寸，并将该光束分为两路A和B；偏振态调整系统将经过扩束分光的两路入射光调整为线偏振光，且两者的偏振方向正交；聚焦系统将其中的一路入射光A聚焦到探针所在的焦平面上；探针的散射信号提取与放大系统通过正交偏振方法提取与入射光A偏振方向垂直的探针散射光电场分量并通过与另外一路入射光B进行干涉放大。
3.根据权利要求1所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是单个粒子的形状不限。
4.根据权利要求1-3所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是探针对入射光的去偏振散射振幅正比于Ksin(2θ),K是双粒子的表面等离子体共振耦合产生的散射增强，θ是入射光的偏振方向与粒子对轴线的夹角。
5.根据权利要求1-4所述的一种基于双金属纳米粒子用于偏振显微成像的探针，其特征是入射光的波长为双粒子的表面等离子体共振耦合波长。
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