CN104792746B - 一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法，所述检测方法包括：在盖玻片上镀金薄膜；在所述金薄膜上附着纳米物质；光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射；所产生的表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集；通过CCD对所收集的包含有表面等离激元散射信号的反射光进行成像。
Description
技术领域
本发明涉及纳米物质检测技术领域，尤其涉及一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法。
背景技术
近年来，随着纳米科学与技术的不断发展，人们对纳米物质的关注越来越多，例如碳纳米管、量子点、以及病毒等。由于显微镜的分辨率受到使用波长的限制，光学衍射极限使得光学显微镜无法检测尺寸小于200纳米的物质。
而电子波长远远小于光学波长，因此，利用电子显微镜可以对纳米物质进行成像检测。电子显微镜主要包括透射电子显微镜(TEM)与扫描电子显微镜(SEM)，使用电子束作为光源，可以突破衍射极限，将显微镜的分辨率提高到纳米量级。但是，由于电子束穿透力弱，采用透射电子显微镜检测的样品必须为超薄切片，因此，对样品要求比较高。而扫描电子显微镜则需要样品具有导电性，而且扫描时间长。且这两种电子显微镜均需要真空操作，使整个仪器成本高，体积庞大，难以移动。
另外，扫描隧道显微镜(STM)利用探针与样品表面产生电子隧穿效应，利用隧道电流获取样品表面信息，具有原子量级的高分辨率，但是这种显微镜也要求样品具有导电性。原子力显微镜(AFM)可以用于检测绝缘体样品，利用针尖与样品表面的轻微作用力，对样品表面进行检测，这种显微镜扫描时间长，也需要真空操作，成本高。
因此，上述可用于纳米物质检测的显微镜方法对样品要求严格，扫描时间长，无法快速获得检测结果，需要真空操作，成本高、体积大。
发明内容
本申请提供一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法，解决了现有技术中的检测方法对样品要求严格，扫描时间长，无法快速获得检测结果，需要真空操作，成本高、体积大的技术问题。
本申请提供一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法，所述检测方法包括：在盖玻片上镀金薄膜；在所述金薄膜上附着纳米物质；光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射；所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集；通过CCD对所收集的光进行成像。
优选地，所述通过CCD对所收集的光进行成像，包括：用CCD测量无任何纳米物质的反射光作为背景光斑；用CCD测量有所述纳米物质的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述纳米物质引起表面等离激元散射场。
优选地，所述纳米物质为病毒、纳米颗粒、碳纳米管、量子点中的一种或多种。
优选地，所述光源为激光器或发光二级管，所述光的波长范围为355纳米～800纳米。
优选地，使用Kretschmann(克莱舒曼)结构激发所述表面等离激元。
优选地，所述金薄膜的厚度范围为30纳米～60纳米。
优选地，所述油浸物镜的数值孔径范围NA＝1.0～1.7。
优选地，所述入射光斜入射到所述盖玻片上的入射角为30度-60度。
优选地，所述金薄膜表面可以为空气或者液体介质。
本申请有益效果如下：
上述检测方法利用物镜耦合方式激发表面等离激元，通过光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面，调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片上，高折射率盖玻片产生的全反射的倏逝波波矢与表面等离激元波矢匹配，以在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射，所产生的表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被所述油浸物镜收集；再通过CCD对所收集的光进行成像，即可获得检查结果，解决了现有技术中的检测方法对样品要求严格，扫描时间长，无法快速获得检测结果，需要真空操作，成本高、体积大的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请一较佳实施方式利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法的流程图；
图2为图1中的检测方法采用的检测装置的结构示意图；
图3为采用图1中的检测方法对1微米的纳米物质成像图；
图4为采用图1中的检测方法对500纳米的纳米物质成像图；
图5为采用图1中的检测方法对200纳米的纳米物质成像图；
图6为采用图1中的检测方法对100纳米的纳米物质成像图；
图7为采用图1中的检测方法对57.7纳米的纳米物质成像图；
图8为采用图1中的检测方法对39纳米的纳米物质成像图；
图9为采用图1中的检测方法的散射功率与颗粒尺寸关系图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为本申请一较佳实施方式利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法的流程图。所述检测方法通过图2所示的检测装置执行。所述检测装置包括光源210、线偏振器220、薄膜分束器230、油浸物镜240、盖玻片250和CCD260。CCD全称为Charge-coupledDevice，电荷耦合元件。所述检测方法包括以下步骤。
步骤110，在盖玻片250上镀金薄膜。在本实施方式中，所述金属薄膜的厚度为50纳米，在其它实施方式中，所述金属薄膜的厚度可以根据需要进行。
步骤120，在所述金薄膜上附着纳米物质。所述纳米物质为待检测的纳米物质。所述纳米物质具体可以为病毒、纳米颗粒、碳纳米管、量子点等其中的一种或多种。
步骤130，光源210发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜240的后焦平面。也就是说，该方法采用的是Kretschmann结构，利用油浸物镜耦合的方式，使用油浸作为波矢补偿手段。所述光源210具体为激光器或发光二级管。油浸物镜耦合的方式的优点在于：可以使入射光与反射光平行，通过改变入射光在油浸物镜后焦平面上的位置，调节激发表面等离激元的入射角，将角度调节转化为简便的一维长度调节，使装置结构紧凑、稳定。
具体地，所述光源210发出的光经由所述线偏振器220实现p偏振态后，再由所述薄膜分束器230反射。步骤120和步骤130的顺序可以进行交换，或者同时进行。在本实施方式中，所述光的波长范围为355纳米～800纳米。在本实施方式中，所述油浸物镜的数值孔径范围NA＝1.0～1.7，并且以平行光斜入射激发表面等离激元，可以保证大于100微米的大成像视野。
步骤140，调节入射光在油浸物镜240的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片250上，高折射率盖玻片250产生的全反射的倏逝波波矢与表面等离激元波矢匹配，以在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射。调节所述入射光斜入射到所述盖玻片上的入射角，可以激发出最强的表面等离激元，此时对应最弱的反射光，利用CCD260可以观察到表面等离激元最强激发。优选地，所述入射光斜入射到所述盖玻片上的入射角范围为30度-60度，所述金薄膜表面可以为空气或者液体介质。在所述金薄膜的表面为空气介质时，入射角为36.8度，CCD上探测到的物镜收集反射光最弱；在所述金薄膜的表面为液体介质时，入射角为54度。
表面等离激元在金薄膜表面被激发之后，沿金薄膜表面传播，在金薄膜表面附着纳米物质时，表面等离激元在传播过程中遇到纳米物质会产生散射，一部分被散射到空间呈立体角分布，另一部分则沿金薄膜表面传播产生径向散射，由于表面等离激元空间散射损耗很大，所以在这里仅考虑表面等离激元在金薄膜表面传播的界面散射。沿金薄膜表面传播的界面散射与重新激发的表面等离激元之间产生干涉作用，在金薄膜表面会产生明暗相间的条纹分布，并呈同心抛物线形状，并且在纳米物质附近会产生表面等离激元局域强场。
步骤150，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被所述油浸物镜收集，通过CCD对所收集的光进行成像。作为可见光激发表面等离激元的逆过程，表面等离激元界面散射在传播过程中可以转化为光信号，因此，反射光中包含了表面等离激元散射信号，使用CCD对所收集的光成像，并对成像数据进行处理，可以实现对表面等离激元散射成像。
为了降低背景噪声对信号的影响，所述通过CCD对包含有表面等离激元散射信号的反射光进行成像，具体包括：用CCD测量无任何纳米物质的反射光作为背景光斑；用CCD测量有所述纳米物质的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，进行数据平均降噪处理，除去反射光斑的背景噪声及CCD的噪声，增强散射场与背景的对比度，获得所述纳米物质引起表面等离激元散射场。
上述检测方法通过光源210发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜240的后焦平面，调节入射光在油浸物镜240的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片250上，高折射率盖玻片250产生的全反射的倏逝波波矢与表面等离激元波矢匹配，以在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射，所产生的表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集，再通过CCD对所收集的光进行成像，即可获得检查结果，解决了现有技术中的检测方法对样品要求严格，扫描时间长，无法快速获得检测结果，需要真空操作，成本高、体积大的技术问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种利用表面等离激元散射对纳米物质进行成像的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
在盖玻片上镀金薄膜；
在所述金薄膜上附着纳米物质；
光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；
调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述盖玻片上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述纳米物质产生散射；
所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被所述油浸物镜收集，通过CCD对所收集的光进行成像；
其中，所述通过CCD对所收集的光进行成像，包括：
用CCD测量无任何纳米物质的反射光作为背景光斑；
用CCD测量有所述纳米物质的反射光作为当前光斑；
将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述纳米物质引起表面等离激元散射场。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述纳米物质为病毒、纳米颗粒、碳纳米管、量子点中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述光源为激光器或发光二级管，所述光源发出的光的波长范围为355纳米～800纳米。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，使用Kretschmann(克莱舒曼)结构激发所述表面等离激元。
5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述金薄膜的厚度范围为30纳米～60纳米。
6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述油浸物镜的数值孔径范围NA＝1.0～1.7。
7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述入射光斜入射到所述盖玻片上的入射角范围为30度-60度。
8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述金薄膜表面可以为空气或者液体介质。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |