[发明专利]一种基于纳米颗粒示踪技术的纳米颗粒粒径分布检测分析方法

说明书

本发明提供一种液体中纳米颗粒粒径分布检测分析方法，包括如下步骤：步骤1)，基于纳米颗粒示踪技术确定待测液体中某一纳米颗粒的运动轨迹；步骤2)，计算待测液体中纳米颗粒的流动位移矢量，并将流动位移矢量从纳米颗粒运动位移矢量中去除，即得布朗运动的位移矢量；步骤3)，先根据所述纳米颗粒的布朗运动的位移计算其平均扩散系数，再根据斯托克斯爱因斯坦方程计算得到纳米颗粒粒径；步骤4)，通过对液体中所有纳米颗粒的粒径进行分析，统计得到待测液体中纳米颗粒的粒径分布情况。该方法具有灵敏度高、准确度高等优点。

技术领域

本发明涉及纳米粒子的光学检测分析技术领域，具体涉及一种基于纳米颗粒示踪技术的纳米颗粒粒径分布检测分析方法。

背景技术

纳米粒子分析是工业和生物学领域普遍存在的要求，此类分析中最重要的是粒径和浓度的测量。目前已有的检测方法包括电子显微镜、微流成像(MFI)、动态光散射(DLS)、可调电阻脉冲传感(TRPS)以及纳米颗粒跟踪技术(NTA)。NTA技术以其直观可视、分辨率高、检测速度快、特异性荧光检测等优势，成为该领域的不可取代的技术手段，得到越来越广泛的应用。

纳米颗粒跟踪技术(NTA)是基于微粒在液体环境内做无规则布朗运动的原则，通过记录粒子的运动影像，解析得到粒子的平均扩散系数，再根据斯托克斯爱因斯坦方程反推得到粒径，具有直观可视、分辨率高检测速度快等优点，如图1，是粒子布朗运动轨迹示意图。此外，NTA技术还可以与荧光标记相结合，实现对特定标志物的检测。多通道NTA技术是通过设置多重照明光源和成像光路，利用滤光片组将每个通道的检测光谱分开，进而实现多通道同时成像。

发明内容

因此，本发明要解决的第一个技术问题在于克服现有技术中的NTA算法没有针对跟踪轨迹流动位移的校正，算法的准确性和适用性较低，提供一种液体中纳米颗粒粒径分布检测分析方法，该方法的准确性更高。

一种液体中纳米颗粒粒径分布分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，基于纳米颗粒示踪技术确定待测液体中某一纳米颗粒的运动轨迹；

步骤2)，计算待测液体中纳米颗粒的流动位移矢量，并将流动位移矢量从纳米颗粒运动位移矢量中去除，即得布朗运动的位移矢量；

步骤3)，先根据所述纳米颗粒的布朗运动的位移计算其平均扩散系数，再根据斯托克斯爱因斯坦方程计算得到纳米颗粒粒径；

步骤4)，通过对液体中所有纳米颗粒的粒径进行分析，统计得到待测液体中纳米颗粒的粒径分布情况。

粒径分布情况可以为纳米颗粒粒径与纳米颗粒个数关系曲线，或纳米颗粒粒径-纳米颗粒浓度的关系曲线。

可选的，步骤1)的具体方法包括如下步骤：

步骤a：对每帧图像中的纳米颗粒进行识别与质心定位；所述图像是用暗场显微镜(优选为光片显微镜)观察含纳米颗粒的溶液得到的；

步骤b：根据最小距离原则，对相邻两帧图像上的同一纳米颗粒进行匹配；

步骤c：根据纳米颗粒匹配结果，将同一纳米颗粒的运动轨迹提取出来；

可选的步骤a包括如下步骤：

a1，对所述图像进行去噪；

a2，对图像进行局部二值化处理；

a3，对二值化后的图像进行连通域识别，即纳米颗粒识别，并根据设定的光强和纳米颗粒大小阈值对识别到的纳米颗粒进行筛选；

a4，根据原始图像和纳米颗粒识别结果计算纳米颗粒的光强、面积和质心；

a5，最后将每一帧图像中的所有纳米颗粒的编号、质心坐标、面积大小和光强信息存储下来。

所述步骤b可分解为以下子步骤：