[發明專利]一種測定表面電荷的方法

在審

• 申請號: 201710498660.0
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107356571A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 黃耀熊
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種以帶電的熒光納米粒子的熒光成像檢測技術，具體涉及一種通過測定與物體表面電荷因靜電吸引作用結合的熒光納米粒子的熒光強度來可視化定量測定具有各種表面形態物體包括粗糙且不規則表面的顆粒或膜狀物的表面電荷分布狀態及其電荷密度的技術方法。

背景技術

許多物質的表面都帶有電荷。這些電荷的存在對于物質本身的特性以及物質間的相互作用具有重要影響。比如，許多有機與無機顆粒，其表面帶電狀態就對其在進行有關化學反應過程起重要作用；而對于生物細胞與分子，其表面電荷狀態不但影響其相互作用，還決定細胞的自身形態以致生命狀態。所以，在實際應用中，經常要測定各種物質表面的電荷，包括其帶電的正負、分布狀態以及電荷密度。但現有的測量技術有很大的局限性。主要是因為它們都只能檢測光滑與規則的表面。比如開爾文探針力顯微鏡(一種改裝的原子力顯微鏡)、靜電力顯微鏡、X-射線能量散射譜儀等，都只能檢測光滑與規則的表面，更不能檢測活的生物細胞和蛋白等。而大多數有機與無機顆粒、薄膜、生物細胞等其表面都是粗糙不規則，甚至形態非常復雜且奇形怪狀的。

因此，無論是納米科學、材料、表面科學、聚合物、薄膜、半導體、生物材料到生物醫學等研究分析以及許多工農業的實際應用都強烈需求一種可對各種有機、無機的顆粒或膜狀物體以至生物細胞等具有粗糙與不規則表面的物體的表面電荷分布狀態及其電荷密度的技術方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種測定具有任意表面形態物體的表面電荷的方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種測定表面電荷的方法，用于對具任意表面形態物體的包括表面粗糙且不規則的顆粒或膜狀物的表面電荷分布狀態及其電荷密度作可視化定量測定，所述的方法包括下列步驟：

將待測物置于緩沖液中，加入與待測物表面電荷相異號電荷的熒光納米粒子，熒光納米粒子與待測物表面的電荷因靜電吸引作用而結合從而粘附在待測物表面；

洗掉未結合到待測物表面電荷的自由熒光納米粒子；

將待測物置于熒光顯微鏡下進行成像觀察；

采用計算機圖像重構技術，可視化展示熒光納米粒子的二維或三維熒光分布狀態，從其熒光分布狀態判斷待測物表面電荷的分布狀態；

采用計算機圖像分析技術，測定待測物上各點的熒光強度，然后根據預先獲得的熒光強度與zeta電位的關系曲線，確定每一點的zeta電位值ζ，由zeta電位值ζ得出每一點的電荷密度σ。

進一步地，所述的熒光納米粒子為直徑在2～100nm可發熒光的納米粒子，通過表面修飾等處理使其表面帶有與待測物表面電荷異號的電荷，包括熒光半導體微晶體、稀土摻雜上轉換納米粒子、金屬納米粒子，以及直接將熒光物質、染料制成的有機或無機納米粒子。

進一步地，所述的表面粗糙且不規則的顆粒或膜狀物包括有機物、無機物以及生物細胞。

進一步地，所述的緩沖液隨待測物的性質不同而不同，其作用是使待測物能保持其自然狀態的同時使熒光納米粒子具有穩定的分散性，當所述的待測物為有機物或無機物，所述的緩沖液可選擇去離子水、乙醇、正己烷、氯仿和甲苯，當所述的待測物為生物細胞，所述的緩沖液為氯化鈉與葡萄糖的混合液，以及PBS液。

進一步地，所述的由zeta電位值ζ得出每一點的電荷密度σ的公式如下：

式中的N是阿伏伽德羅數，k為玻爾茨曼常數，ε為介電常數，T為絕對溫度，I為離子強度，e為電荷電量。

進一步地，所述的熒光顯微鏡對于二維檢測為一般熒光顯微鏡，對于三維檢測，則為熒光掃描顯微鏡或熒光共聚焦顯微鏡。

進一步地，若待測物的帶電性質事先未知，先將待測物用zeta電位儀測定其zeta電位，以確定其電位值ζ大小和帶電性質。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：

(1)能可視化檢測具各種表面形態包括粗糙和不規則表面的顆粒或膜狀物的表面電荷分布狀態；

(2)可同時對待測物表面每一點的電荷密度進行定量測定；

(3)對表面電荷分布及電荷密度大小的檢測可在二維或三維進行，檢測分辨率為納米級；

(4)方法簡單易行，操作容易，不需要貴重儀器，如二維測定的情況，只需一般的熒光顯微鏡就可完成檢測。

附圖說明

圖1是表面形態相當復雜且很不規則的聚烯烴顆粒；