[发明专利]瞬态传热显微镜及其进行微区热测量的方法

说明书

本发明公开一种瞬态传热显微镜，包括提供待测样品微区温度变化信号的温敏纳米探针、向待测样品提供热扰动的纳秒脉冲激光系统、对温敏纳米探针进行显微观察的暗场显微镜系统、进行图像信息采集处理的成像系统和提供延迟触发信号的延迟发生器系统，延迟发生器系统分别与成像系统及纳秒脉冲激光系统相连。本发明还公开了使用瞬态传热显微镜进行微区热测量的方法。本发明使用纳秒脉冲激光对待测样品进行加热，然后通过延迟发生器系统产生的延迟触发信号来控制暗场显微镜系统和成像系统采集温敏纳米探针在冷却过程中不同时刻的散射图像，最终可获得温敏纳米探针的冷却曲线进而得到温敏纳米探针周围液体介质的传热系数。

技术领域

本发明涉及一种显微成像系统，尤其涉及一种瞬态传热显微镜及其进行微区热测量的方法。

背景技术

最近，微区的热测量受到了科研工作者的广泛关注。到目前为止，科学家们已经开发出多种测量微区(如细胞内)温度的手段，比如扫描探针法(Scanningthermalmicroscopy，A.Majumdar，Annual Review of Materials Science，1999，29，505-585)和纳米钻石测温技术(Nanometre-scale thermometry in a living cell，G.Kucsko，P.C.Maurer，N.Y.Yao Kucsko，Georg，et al.，Nature，2013，500，54)等等。

但是，温度是一个状态量，而传热则是一个过程量，它的测量将会更加困难。想要准确测量物质的传热特性必须首先添加扰动，然后同步测量温度变化，并且要求添加的扰动对体系本身影响尽量小。并且想要准确测细胞内的传热，就要将扰动和监测体系的体积缩小到细胞内的微米甚至纳米尺度，这点就非常困难。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够对物理、化学领域中液体介质的传热特性以及分子生物学领域中细胞内介质的传热特性进行研究，进行微区热测量的瞬态传热显微镜。

技术方案：本发明提供一种瞬态传热显微镜，该瞬态传热显微镜包括提供待测样品微区温度变化信号的温敏纳米探针、向待测样品提供热扰动的纳秒脉冲激光系统、对温敏纳米探针进行显微观察的暗场显微镜系统、进行图像信息采集处理的成像系统和提供延迟触发信号的延迟发生器系统，延迟发生器系统分别与暗场显微镜系统、成像系统及纳秒脉冲激光系统相连。

上述温敏纳米探针中的“温敏”是指纳米探针可受周围环境温度影响发生温度变化；优选地，上述温敏纳米探针为粒径为20-80nm的纳米金颗粒，纳米金颗粒的粒径较小，瞬态传热显微镜可以测量微小尺度(纳米/微米尺度)的微区传耗散。待测样品可以是液体介质(如：水、油、甘油等)或生物介质(如细胞)。

优选地，上述纳秒脉冲激光系统包括依次设置的纳秒脉冲激光器、光参量振荡器、倍频器、第一反射镜、可变中性密度滤光片、第二反射镜和平板分束镜；纳秒脉冲激光系统中，纳秒脉冲激光器输出初始激光束，在纳秒脉冲激光器前端放置的光参量振荡器和倍频器调节激光束波长，经过一系列的分光和反射输入暗场显微镜物镜，照射在载物台的载玻片上，形成的激光光斑直径约为200μm，用以加热温敏纳米探针形成热扰动。

上述暗场显微镜系统包括依次设置的脉冲氙灯、多模光纤、扩束器、第三反射镜、第一成像物镜、载物台和第二成像物镜；脉冲氙灯产生的探测用白光光束经过扩束、反射和聚焦照射在下方固定在载物台的样品上，然后使用第二成像物镜收集温敏探针的散射光信号。

上述成像系统包括依次设置的CCD图像采集器、光谱仪、第四反射镜和长通滤波片；暗场显微镜系统中的成像物镜采集的光束经过光谱仪由CCD图像采集器进行探测成像。

延迟发生器系统包括延迟发生器、监测TTL信号的示波器和将延迟发生器系统分别与暗场显微镜系统、成像系统及纳秒脉冲激光系统相连的信号线；延迟发生器7控制脉冲激光器的TTL信号输入延迟发生器，然后产生2个通道延迟的TTL信号，分别控制脉冲氙灯和CCD图像采集器进行探测。