《生物系統中金納米粒子的高靈敏度光學探測與成像》是依託大連理工大學,由洪昕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物系統中金納米粒子的高靈敏度光學探測與成像
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：洪昕
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米粒子由於尺寸上的優勢可以直接穿透細胞壁，因而通過對單個粒子的跟蹤和成像可使對生物/生命機理的科學探索發展到細胞層面上，是當今國際前沿課題。金納米粒子展現的獨特光學性質使得光學探測手段備受關注。發展光學遠場技術對於深入到厚樣品（如細胞）中探測金納米粒子具有重要研究價值。然而用光學方法探測納米級的金粒子是個極大的挑戰，因為信號極其微弱。本申請在前期工作的基礎上研究超高靈敏度的金納米粒子的光學遠場探測和顯微成像方法；在光學可見的支持下，研究金納米粒子的光學性質隨微觀結構參數的變化規律在顯微圖像上的表征和增強；在此基礎上利用其獨特的增強特性研究在有其他散射粒子干擾的環境中提取和識別金粒子的方法，並以聚苯乙烯球模擬不同吸收波段和散射條件的生物環境，探索金納米粒子在不同生物環境中的最佳結構參數。本申請旨在於通過對金納米粒子光學性質的研究來探索在生物環境中的單個金粒子的光學探測、識別和定位方法。
結題摘要
金納米粒子以其高亮度、無漂白、良好的生物兼容性、觀測壽命長等優點是螢光物質的理想替代物。但是由於納米物體的散射面極小，使得從強大的入射背景中提取其散射信號進行探測變得極為困難。本項目在前期工作的基礎上（1）建立了基於雷射掃描共焦原理的正交偏振外差光學顯微成像系統實現了單個金納米粒子的高靈敏度光學成像，並在此靈敏度的支持下將探測目標延伸到普通介質材料，實現了介質微納米粒子的無標記直接光學成像。普通介質微納粒子具有與生物粒子相似的光學性質，例如粒子的直徑在100nm-400nm是病毒的典型尺寸範圍，該方法的建立可在無需標記的情況下，直接對該類粒子進行探測，從而可早期發現、早期控制傳染源，在公共健康防護方面具有很好的前景。（2）基於時域有限差分法和Mie散射理論建立了高會聚光場下光與微納物質作用的散射遠場顯微成像仿真模型，該模型與實驗結果高度吻合。粒子與光相互作用後，其散射光的波前攜帶粒子本身形貌的特徵，這些特徵在本項目所建立的系統中通過散射光的振幅和相點陣圖像的形式表現出來，該理論模型能夠對該系統所測量得到的獨特的影像信息進行充分解讀，理解其底層的物理機理，並確定了通過振幅和相點陣圖像獲得粒子尺寸的方法。（3）基於時域有限差分法建立了金納米粒子的光譜光學特性的計算模型，研究了其峰值局部表面電漿共振波長（LSPR）隨結構參數的變化規律。通過改變粒子的尺寸、形狀、間距等微觀結構參數，分別對實心、芯殼形、芯帽形等不同結構的單雙粒子進行了仿真計算。發現芯帽形雙粒子所產生的LSPR波長紅移和消光增強甚至高於芯殼形粒子對，目前該類粒子的研究還先有報導，本課題組已開展後續的製備等研究。（4）基於上述的研究，利用金納米粒子在其LSPR 峰值波長處所產生的獨特消光增強，建立了雙波長激發剔除大分子干擾的金粒子識別與提出的方法。
