[发明专利]一种获取剪切场下单个分子光谱及成像测量系统

说明书

技术领域

本发明属于高分子物理基础研究领域，特别是关于一种获取剪切场下单个分子光 谱及成像测量系统。

背景技术

多电荷软物质体系流变学性质的物理根源一直是该领域的重要基础性研究工作。 这方面的研究不仅将帮助我们设计新型功能材料，如：水处理物质、智能药物、组织 工程材料等，还能帮助我们理解基本生命过程。然而，由于这类软物质体系自身带有 多个电荷，长程静电相互作用以及大量抗衡离子的存在，体系的流变学性质非常特殊， 很多问题一直不被人们理解。能够同步测量高分子等软物质体系宏观流变学性质与其 微观结构特征参数的仪器一直是国际学术界、仪器制造行业的追求目标，因此，在这 方面人们曾经开展过一些有益的尝试。由于散射方法广泛的应用于高分子溶液的表征， 将二者结合是很自然的想法，因此，Yoshiaki等将小角中子散射和流变学测量技术相 结合，中国科学院韩志超等将激光光散射与机械剪切技术相结合，青岛科技大学胡海 青等将激光光散射技术与毛细管流变测量技术相结合，美国安东帕公司生产的散射流 变仪将光散射技术、X射线散射技术以及光学显微技术与流学测量技术相结合，上述 技术都实现了在实施动态流变测量的同时，通过静态光散射的方法获取高分子流体中 的分子链的结构信息；美国Georgetown大学的DanielL.Blair教授将共聚焦荧光 显微镜与流变学测量结合可以观察流变剪切场下，流体体系的宏观结构演变；美国 Akron大学的Shi-QingWang教授将粒子轨迹追踪技术与流变学测量相结合成功地 开展了聚合物熔体非线性流变学测量中，剪切场下流体宏观结构的观察。

然而，这些方法都无法从单分子的角度研究被研究体系微观结构信息与其宏观流 变学性质的关联，尤其是光散射技术受到溶液浓度以及散射截面的限制，不适合多电 荷体系的结构测量，因此不能够满足多电荷体系研究的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种获取剪切场下单个分子光谱及成像的测 量系统，能够实现对多电荷体系进行精确地动态剪切测量的同时也可以进行高分辨率、 高灵敏度的单分子测量与成像，进而得到多电荷体系宏观的流变学特性以及其微观结 构信息的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种获取剪切场下单个分子光谱及 成像测量系统，其特征在于，该测量系统包括：一用于作为激发光照射待测样品的激 发光源单元；一用于对待测样品施加机械剪切同时测量其宏观流变学特性的剪切施加 与流变测量单元，所述剪切施加与流变测量单元底部设置一激发光光学窗口；以及一 光学显微单元，所述光学显微单元用于将所述激发光源单元出射的激发光经所述激发 光光学窗口引入到位于剪切场下的待测样品，使得待测样品的染料分子受激发产生荧 光信号，并将产生的荧光信号收集分别发射到一单分子荧光成像单元、一单分子荧光 发射光谱测量单元和/或一荧光关联光谱测量单元；所述单分子荧光成像单元用于对扩 散较慢体系内的单个荧光分子进行实时荧光成像，获得在扩散较慢的体系中的单分子 实空间运动信息；所述单分子荧光发射光谱测量单元用于对待测体系内单个荧光分子 的发射光谱，并对其进行强度分析通过光谱的变化得到染料分子附近的抗衡离子分布 的信息；所述荧光关联光谱测量单元用于获取荧光信号的关联光谱，并对其进行关联 性分析得到聚合物分子的扩散以及尺寸信息。

优选地，所述剪切施加与流变测量单元采用一转矩流变仪，所述转矩流变仪下基 板设置所述激发光光学窗口。

优选地，所述激发光源单元采用连续激光或飞秒脉冲激光，所述连续激光或飞秒 脉冲激光的波长需要与所激发的染料分子相匹配；所述激发光源单元包括一个以上不 同波长的激光器、若干反射镜、若干光阑、第一扩束镜、第二扩束镜，所述第二扩束 镜的入射端设置一中性密度滤光片，所述激光器发出的光分别经若干所述反射镜或光 阑并依次经所述第一扩束镜和第二扩束镜进行两级扩束将激发光束直径扩大以确保其 尺寸大于所述光学显微单元的显微镜物镜进光孔。