[发明专利]一种用散焦图像判断单个金纳米棒三维空间取向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测金纳米棒空间取向的方法，特别涉及一种用散焦图像判断单个金纳米棒三维空间取向的方法。 

背景技术

金纳米棒是目前在生物学领域和医学领域中应用最广泛的方向探针之一。它的合成方法简单，能在平行和垂直于长轴方向分别产生纵向和横向等离子体共振，具有良好的吸收特性和散射特性，更拥有稳定性好、生物相融性强、无光致闪烁、无光致淬灭的理想荧光特性。在癌细胞的检测和治疗领域，金纳米棒已经展现出了比量子点和有机荧光分子更加广阔的应用潜力和发展空间。然而，要将单一金纳米棒作为方向探针来加以应用，必然要能够快速、直观地得到其三维空间取向。 

金纳米棒的尺寸在100nm以下，用光学显微镜无法分辨，传统的判断其取向的方法是检测它的双光子荧光偏振性，画出偏振曲线，再进行拟合。这种方法不具直观性、效率低、准确性差，整个检测过程需要耗费大量的时间，而任何一个细小的操作过失（如转动偏振时的角度误差等）都有可能使实验数据不准确，更为关键的是，长时间接受双光子激发，金纳米棒随时可能会熔化变形，失去应用价值。另外，现有技术中也有用金纳米棒的散射光散焦图像来判断其三维空间取向，但这对检测系统要求极高，而且得到的效果也并不十分精确。 

发明内容

本发明的任务是要克服上述现有技术的不足之处，提供一种新的判断金纳米棒空间取向的方法。本发明提供的方法的特点是快速、准确、直观，可以在实验过程中直观定性判断金纳米棒的取向，大大提高了实验效率，另外，还可以利用程序进行拟合，得到精确的三维空间取向信息。 

本发明通过下述技术方案来实现：一种用散焦图像判断单个金纳米棒三维空间取向的方法，其特征在于包括以下步骤： 

步骤a、用连续激光激发单个金纳米棒，在荧光显微镜中获取其单光子荧光；

步骤b、在激光光路中引入一个像差，获得单个金纳米棒的单光子荧光散焦图像，据此定性判断单个金纳米棒的取向，当散焦图像表现为对称的瓣状结构、中央有一亮点时，金纳米棒长轴方向与激发光偏振方向垂直，散焦图像两瓣之间的方向即为长轴方向；当散焦图像高阶对称性被打破、低阶的亮点偏离中央位置时，金纳米棒的长轴方向与激发光偏振方向有介于0到90度之间的空间角；当散焦图像呈现各向同性时，金纳米棒长轴方向与激发光入射方向平行;

步骤c、用计算机程序模拟显微镜成像光路，拟合步骤b的实验图像，得到模拟的荧光散焦图像，判断单个金纳米棒的三维空间取向，当模拟图像与实验图像最相似时，可直接通过模拟图像读取金纳米棒的准确的三维空间取向信息。

所述在激光光路中引入一个像差的方法是调节荧光显微镜的物镜的聚焦平面，使其远离金纳米棒所在平面0.9-1.3微米。 

所述步骤c中计算机程序是用matlab软件编写的程序。 

所述步骤c中判断单个金纳米棒的三维空间取向的方法如下：在 matlab编写的程序中，输入包括平面角和空间角的参数，生成模拟散焦图像，对比模拟散焦图像与实验散焦图像，如果相似，读取金纳米棒的三维空间取向角度，如果不相似，再改变平面角和空间角，对比模拟散焦图像与实验散焦图像，直到相似，判断出三维取向角度。 

所述步骤c中判断单个金纳米棒的三维空间取向的方法如下：在matlab编写的程序模拟过程中，输入包括不同平面角和空间角的参数，得到不同的取向角度时的模拟散焦图像，建立取向角度与模拟散焦图像一一对应的数据库，对比实验散焦图像与摸拟散焦图像，两者相似时，模拟散焦图像对应的取向角度，即为单个金纳米棒的三维空间取向角度。 

本发明的有益效果是：目前检测金纳米棒空间取向的方法基本都利用了光信号（荧光，散射光或者光学吸收产生的光热图像）的偏振性，本发明成功地避免了偏振性的检测，提高了实验效率和准确性。同时，单光子荧光散焦图像可以在实验过程中作为图像信息保存下来，这在后续的应用中十分便捷，能够有效减少实验过程中数据的混淆。与其他技术相比，本发明公开的用于检测金纳米棒空间取向的方法对实验设备无特殊要求，在一般实验室中用普通荧光显微镜、CCD和连续激光光源就可以实现。单光子荧光散焦图像不受激发光偏振性和金纳米棒自身长径比的影响，因而可以检测不同尺寸的样品而无需调整光源。对于尺寸只有20nm的金纳米棒，效果一样很明显。 

附图说明

图1为本发明的检测流程框图;