[实用新型]一种测定表面电荷的荧光成像装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光电子测量和测量技术领域，涉及荧光成像装置，具体涉及一种可视化定量测定带粗糙且不规则表面的颗粒或膜状物的表面电荷分布状态及其电荷密度的荧光成像装置。

背景技术

许多物质的表面都带有电荷。这些电荷的存在对于物质本身的特性以及物质间的相互作用具有重要影响。比如，许多有机与无机颗粒，其表面带电状态就对其在进行有关化学反应过程起重要作用；而对于生物细胞与分子，其表面电荷状态不但影响其相互作用，还决定细胞自身的形态以致生命状态。所以，在实际应用中，经常要测定各种物质表面的电荷，包括其带电的正负、分布状态以及电荷密度。但现有的测量技术有很大的局限性。主要是因为它们都只能检测光滑与规则的表面。比如开尔文探针力显微镜(一种改装的原子力显微镜)、静电力显微镜、X-射线能量散射谱仪等，都只能检测光滑与规则的表面，更不能检测活的生物细胞核蛋白等。而大多数有机与无机颗粒、薄膜、生物细胞等其表面都是粗糙不规则，甚至形态非常复杂且奇形怪状的。

因此，无论是纳米科学、材料、表面科学、聚合物、薄膜、半导体、生物材料到生物医学等研究分析以及许多工农业的实际应用都强烈需求一种可对各种有机、无机的颗粒或膜状物体以至生物细胞等具有粗糙与不规则表面的物体的表面电荷分布状态及其电荷密度进行可视化定量测量的技术装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种测定表面电荷的荧光成像装置。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种测定表面电荷的荧光成像装置，用于可视化测定表面粗糙且不规则的颗粒或膜状物的表面电荷分布状态及其电荷密度，所述的荧光成像装置，包括一样品池和一荧光显微镜，所述的样品池制成三格结构，分别为 A格、B格和C格(见图1)，其中，A格用于放置缓冲液，并通过一连接管与微型泵连接；B格用于放置缓冲液和带电的荧光纳米粒子；C格用于放置废液，并通过另一连接管与微型泵连接；所述的微型泵与电脑连接，并由电脑控制其工作状态。

进一步地，所述的样品池由玻璃或有机玻璃材料制成。

进一步地，所述的缓冲液是使待测物能保持其自然状态的同时使荧光纳米粒子具有稳定的分散性的溶液。

进一步地，所述的带电的荧光纳米粒子为经过表面修饰处理，使之带有与待测物表面电荷异号电荷的可发荧光的纳米粒子，所述的可发荧光的纳米粒子包括纳米半导体微晶体、稀土掺杂上转换纳米粒子、贵金属纳米粒子、直接将荧光物质和染料制成的有机纳米粒子和/或直接将荧光物质和染料制成的无机纳米粒子。

进一步地，所述的表面粗糙且不规则的颗粒或膜状物包括有机物、无机物和/或生物细胞。

进一步地，将待测物置入样品池的B格内，通过静电相吸作用，带异号电荷荧光纳米粒子与待测物表面的所有电荷相结合，从而粘附在待测物表面，故通过荧光显微镜展示的荧光纳米粒子的分布反映待测物的电荷分布状态，其荧光强度的大小反映该点荧光纳米粒子的密度亦即表面电荷密度。

进一步地，所述的微型泵由电脑自动控制，在带电的荧光纳米粒子与待测物表面的所有电荷相结合后，能自动将B格的混有荧光纳米粒子的缓冲液泵至C格，并将A格的新鲜缓冲液泵入B格，以清洗掉没有结合到待测物表面电荷的荧光纳米粒子，连续自动进行若干次清洗。

进一步地，所述的荧光显微镜为用于二维检测的普通倒置荧光显微镜或用于三维检测的倒置荧光扫描显微镜或倒置荧光共聚焦显微镜。

进一步地，所述的荧光成像装置通过事先确定的用荧光纳米粒子标记的待测物的荧光强度与其表面zeta电位值ζ的关系曲线，根据待测物荧光图像中每一点的荧光强度，确定其zeta电位值ζ；然后根据待测物荧光图像中每一点的zeta电位值ζ，以如下方程确定每一点的电荷密度σ：

式中N是阿伏伽德罗数，k为玻尔茨曼常数，ε为介电常数，T为绝对温度，I为离子强度，e为电荷电量。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)样品池使带电荧光纳米粒子通过静电耦合作用非特异性地结合被测物所有异号电荷，且微型泵的清洗作用可保证仅有与待测物表面电荷结合的荧光纳米粒子能留下来显示待测物表面电荷的分布状态；

(2)带电荧光纳米粒子能可视化显示具各种表面形态包括粗糙和不规则表面的颗粒或膜状物的表面电荷分布状态；

(3)可同时对待测物表面每一点的电荷密度进行定量测定；