CN108548768A - 一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微纳米颗粒检测技术领域，公开了一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法。本发明方法包括以下步骤：(1)将待测的微纳米颗粒悬浮液持续注入微流通道中；(2)将微流通道置于显微镜下，调整显微镜使微流通道清晰成像，荧光模式下观察微纳米颗粒在微流通道中的流动速度；(3)使用与显微镜相连的CCD相机连续拍摄微流通道中的微纳米颗粒；(4)将CCD相机拍摄的照片传输至计算机中进行图像分析处理，从而得到微纳米颗粒的多种参数。本发明方法可以对微纳米颗粒完成实时动态的跟踪测量，测量时间短，处理的信息量大，与现有的研究方法相比较具有用时短、操作简单，可以同时获得多个表征参数等优点。
Description
技术领域
本发明属于微纳米颗粒检测技术领域，特别涉及一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法。
背景技术
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
目前用于表征纳米颗粒的主要技术主要有扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等高分辨的显微镜，但这种设备价格昂贵、操作复杂，制样困难，而且只能观察需要干燥处理的样品，观察的区域和统计的数量较少，代表性差。目前能够动态表征纳米颗粒的技术主要是动态光散射技术(DLS)、激光粒度仪等，其检测的原理是根据纳米颗粒在悬浮液中的布朗运动来计算颗粒的流体水力学半径，其缺点是把不规则的纳米颗粒球体化来统计尺寸，对于长宽不一的纳米颗粒并不适用。
为避免将颗粒尺寸球体化和简化繁杂的制样过程，本发明方法利用图像处理技术来对纳米颗粒进行快速的表征，并且对于尺寸小于100nm的颗粒可采用激光作为光源在荧光模式下对其进行表征。关于这方面的技术目前还鲜有报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法。利用本发明方法可对微纳米颗粒在悬浮液下进行快速的表征，并且对于尺寸小于100nm的颗粒可采用激光作为光源在荧光模式下对其进行表征。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，包括以下步骤：
(1)将待测的微纳米颗粒悬浮液持续注入微流通道中；
(2)将微流通道置于显微镜下，调整显微镜使微流通道清晰成像，荧光模式下观察微纳米颗粒在微流通道中的流动速度；
(3)使用与显微镜相连的CCD相机连续拍摄微流通道中的微纳米颗粒；
(4)将CCD相机拍摄的照片传输至计算机中进行图像分析处理，从而得到微纳米颗粒的多种参数。
所述的图形分析处理，指对得到的图片上纳米粒子的图像进行尺寸统计，算法统计是以图像中粒子的外接矩形的长度作为粒子的长度，以图像中粒子的内切圆直径作为粒子的宽度，以同一粒子在不同帧数图像上的位置来计算粒子位移的速度。
所述的微流通道为本领域常规使用的微流通道即可。尺寸优选为1～100μm。
步骤(1)中，所述微纳米颗粒悬浮液的浓度优选为10-4～10-6g/mL。
步骤(1)中，所述注入的流量优选为20～200nL/min。
步骤(1)中，优选利用微流注射泵将悬浮液注入。
步骤(1)中，所述的微纳米颗粒悬浮液优选在测试前进行超声处理，优选为超声处理10min。
步骤(1)中，所述的微纳米颗粒悬浮液可为纳米金颗粒溶液、纳米银颗粒溶液等纳米金属颗粒溶液、聚苯乙烯等有机聚合物微球、纳米无机非金属颗粒等中的至少一种。
步骤(2)中，所述的荧光模式通过调节显微镜的滤光片实现。
步骤(3)中，优选微纳米颗粒的流动速度为10～300μm/s时进行拍摄。
步骤(4)中，所述的参数包括微纳米颗粒的长度、直径、速度和数量等。
本发明可以对微纳米颗粒完成实时动态的跟踪测量，测量时间短，处理的信息量大，与现有的研究方法相比较具有用时短、操作简单，可以同时获得多个表征参数等优点。
附图说明
图1为本发明方法测试仪器的结构示意图。
图2为实施例1的纳米金颗粒透射电镜图。
图3为实施例1的纳米金颗粒宽度统计图。
图4为实施例1的纳米金颗粒长度统计图。
图5为实施例1的纳米金颗粒长径比统计图。
图6为实施例1的纳米金颗粒速度统计图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。所述微流通道购买于苏州汶灏微流控技术股份有限公司。
实施例1
以直径为10nm的纳米金颗粒为标准样，进行本发明方法检测，测试仪器的结构示意图如图1。
首先将球形纳米金颗粒溶液稀释至浓度为10-5g/mL，然后对溶液进行间歇式超声处理10min，超声处理完后向微流通道中持续注射加入纳米金颗粒溶液。显微镜的光源由150W的汞灯提供。待含有纳米金的液体在通道中流动至倒置显微镜观察的通道部分时，在计算机工作站上通过成像单元对显微镜下的视场进行拍摄，当视场内的速度降到在大约10～300μm/s的范围内时，将截取的视频进行相关算法运算，将得到每一帧图片上纳米粒子的图像进行尺寸统计，算法统计是以图像中粒子的外接矩形的长度作为粒子的长度，以图像中粒子的内切圆直径作为粒子的宽度，以同一粒子在不同帧数图像上的位置来计算粒子位移的速度，从而得到纳米金颗粒的个数、长度、直径、速度等参数，结果见图2～图6。
根据图2的扫描电镜图及图3～图6运算后得到的参数可见，本发明方法快速简便对微纳米颗粒完成实时动态的跟踪测量，可获得准确的粒子参数，且测量时间短，处理的信息量大，与现有的研究方法相比较具有用时短、操作简单，可以同时获得多个表征参数等优点。
实施例2
首先将待测的纳米二氧化硅溶液稀释至浓度为10-6g/mL，然后对溶液进行间歇式超声处理10min，超声处理完后向微流通道中持续注射加入纳米颗粒溶液。显微镜的光源由150W的汞灯提供。待纳米颗粒液体在通道中流动至倒置显微镜观察的通道部分时，在计算机工作站上通过成像单元对显微镜下的视场进行拍摄，当视场内的速度降到在大约10～300μm/s的范围内时，将截取的视频进行相关算法运算，将得到每一帧图片上纳米粒子的图像进行尺寸统计，算法统计是以图像中粒子的外接矩形的长度作为粒子的长度，以图像中粒子的内切圆直径作为粒子的宽度，以同一粒子在不同帧数图像上的位置来计算粒子位移的速度，从而得到纳米二氧化硅颗粒的个数、长度、直径、速度等参数。
实施例3
首先将待测的纳米聚苯乙烯微球溶液稀释至浓度为10-5g/mL，然后对溶液进行间歇式超声处理10min，超声处理完后向微流通道中持续注射加入纳米颗粒溶液。显微镜的光源由150W的汞灯提供。待纳米颗粒液体在通道中流动至倒置显微镜观察的通道部分时，在计算机工作站上通过成像单元对显微镜下的视场进行拍摄，当视场内的速度降到在大约10～300μm/s的范围内时，将截取的视频进行相关算法运算，将得到每一帧图片上纳米粒子的图像进行尺寸统计，算法统计是以图像中粒子的外接矩形的长度作为粒子的长度，以图像中粒子的内切圆直径作为粒子的宽度，以同一粒子在不同帧数图像上的位置来计算粒子位移的速度，从而得到纳米聚苯乙烯微球颗粒的个数、长度、直径、速度等参数。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将待测的微纳米颗粒悬浮液持续注入微流通道中；
(2)将微流通道置于显微镜下，调整显微镜使微流通道清晰成像，荧光模式下观察微纳米颗粒在微流通道中的流动速度；
(3)使用与显微镜相连的CCD相机连续拍摄微流通道中的微纳米颗粒；
(4)将CCD相机拍摄的照片传输至计算机中进行图像分析处理，从而得到微纳米颗粒的多种参数。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：所述的图形分析处理，指对得到的图片上纳米粒子的图像进行尺寸统计，算法统计是以图像中粒子的外接矩形的长度作为粒子的长度，以图像中粒子的内切圆直径作为粒子的宽度，以同一粒子在不同帧数图像上的位置来计算粒子位移的速度。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：所述的微流通道的尺寸为1～100μm。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(1)中，所述微纳米颗粒悬浮液的浓度为10-4～10-6g/mL。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(1)中，所述注入的流量为20～200nL/min。
6.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的微纳米颗粒悬浮液在测试前进行超声处理，为超声处理10min。
7.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的微纳米颗粒悬浮液为纳米金属颗粒溶液、有机聚合物微球、纳米无机非金属颗粒中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的荧光模式通过调节显微镜的滤光片实现。
9.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(3)中，所述微纳米颗粒的流动速度为10～300μm/s时进行拍摄。
10.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的微纳米颗粒悬浮液的动态表征方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的参数包括微纳米颗粒的长度、直径、速度和数量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180918 |