单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法

本发明涉及纳米颗粒测量，尤其是涉及一种单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法。

背景技术：

1、在生物检测领域，通过荧光颗粒物检测进行细胞检测，现有技术中颗粒在溶液表面会附着一层正离子与负离子，这些离子在颗粒表面会形成离子膜，导致粒子在溶液当中具有表面电势。传统方法对表面电势的测量是通过仪器对溶液的电泳光散射方法进行测量的，这种方法需要将颗粒均匀的溶于水溶液中进行散射测量，通常会得到一个表面电势的分布，但是无法对单一样品颗粒进行表面电势测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法，实现了单纳米颗粒表面电势的测量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种单纳米颗粒表面电势的测量装置，包括成像机构、图像采集器、电场施加机构以及计算主机；

3、成像机构包括与图像采集器相对设置的显微物镜和激发光源，与显微物镜相对设置有样品台，图像采集器与显微物镜之间设置有滤光组件；

4、电场施加机构包括设置在样品台上的电极板，电极板连接有电压调节器；

5、图像采集器和电压调节器均与计算主机相连接。

6、优选的，滤光组件包括依次设置的第一滤光片和第二滤光片，第一滤光片为二向色镜且与激发光源相对设置，第二滤光片设置在图像采集器与第一滤光片之间。

7、一种基于上述单纳米颗粒表面电势的测量装置的测量方法，具体步骤如下：

8、步骤s1：将待测纳米颗粒溶液放至样品台；

9、步骤s2：启动激发光源，激发光源通过二向色镜和显微物镜到达样品台，并通过光镊捕获其中一个待测纳米颗粒，产生的荧光信号通过显微物镜、二向色镜以及第二滤光片到达图像采集器，并通过图像采集器采集n个初始图像；

10、步骤s3：启动电压调节器，使得电极板产生设定电场强度的均匀电场，待测纳米粒子在均匀电场作用下发生偏移，再次通过图像采集器采集n个偏移后图像；

11、步骤s4：计算偏移距离，根据n个初始图像和n个偏移后图像的荧光点分别得出初始中心点和偏移后中心点，初始中心点和偏移后中心点的差值为偏移距离；

12、步骤s5：根据电场强度与偏移距离计算出待测纳米颗粒表面电势的大小。

13、优选的，在步骤s5中，电场强度与偏移距离的关系如下：

14、

15、其中，e为电场强度，u是两个电电极板的电势差，d为电极板间距；

16、f＝qe＝dk

17、其中，f为纳米颗粒在电场中的受力，q为纳米颗粒带电量，d为偏移距离，k为光镊的势阱刚度；

18、纳米颗粒运动对应高斯分布具体公式如下：

19、

20、其中，x是纳米颗粒的与对应高斯分布中心点的距离，k由与高斯分布函数拟合得到，根据n个初始图像和n个偏移后图像得算得出初始中心点和偏移后中心点，kb为玻尔兹曼常数，t为试验温度。

21、优选的，待测纳米颗粒表面电势与纳米颗粒带电量的关系如下：

22、

23、e是元电荷，εs为纳米颗粒介电常数，ε0是真空介电常数，κ是德拜长度，sinh(.)为双曲正弦函数，er是室温下的参考能量。

24、优选的，n大于等于1000。

25、因此，本发明采用上述一种单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法，具有的有益效果为：纳米颗粒在水中会有表面电势，当其在均匀电场中被电场力推动发生偏移，通过偏移距离和电场强度计算出光镊光力的大小，从而得到单颗粒子的表面电势，解决了现有表面电势测量技术中无法对单个纳米颗粒进行表面电势测量的问题。

26、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种单纳米颗粒表面电势的测量装置，其特征在于：包括成像机构、图像采集器、电场施加机构以及计算主机；

2.根据权利要求1所述的一种单纳米颗粒表面电势的测量装置，其特征在于：滤光组件包括依次设置的第一滤光片和第二滤光片，第一滤光片为二向色镜且与激发光源相对设置，第二滤光片设置在图像采集器与第一滤光片之间。

3.一种基于权利要求2所述的一种单纳米颗粒表面电势的测量装置的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种测量方法，其特征在于：在步骤s5中，电场强度与偏移距离的关系如下：

5.根据权利要求4所述的一种测量方法，其特征在于：待测纳米颗粒表面电势与纳米颗粒带电量的关系如下：

6.根据权利要求3所述的一种测量方法，其特征在于：n大于等于1000。

技术总结本发明公开了一种单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法，属于纳米颗粒测量技术领域，包括成像机构、图像采集器、电场施加机构以及计算主机；成像机构包括与图像采集器相对设置的显微物镜和激发光源，与显微物镜相对设置有样品台，图像采集器与显微物镜之间设置有滤光组件；电场施加机构包括设置在样品台上的电极板，电极板连接有电压调节器；图像采集器和电压调节器均与计算主机相连接，采用上述一种单纳米颗粒表面电势的测量装置以及测量方法，实现了单纳米颗粒表面电势的检测。技术研发人员：单旭晨,王帆,钟晓岚受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25