[發明專利]基于太赫茲光譜成像的植物體內納米顆粒分布檢測方法

在審

• 申請號: 202210729294.6
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115112599A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 顏識涵
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/552;G06V10/70
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

本發明涉及一種基于太赫茲光譜成像的植物體內納米顆粒分布檢測方法，屬于太赫茲光譜成像檢測應用領域。該方法包括：S1：利用太赫茲光譜成像技術，檢測分析納米顆粒水溶液光譜特征；S2：利用太赫茲光譜成像技術，檢測分析存在納米顆粒的細胞模型光譜特征；S3：建立受試植株模型，利用太赫茲光譜成像技術檢測分析，確定受試植株模型中與納米顆粒分布相關的太赫茲光譜特征；S4：實際樣檢測驗證反饋改進。本發明可實現在體無標記無損檢測。

技術領域

本發明屬于太赫茲光譜成像檢測應用領域，涉及一種基于太赫茲光譜成像技術的植物體內納米顆粒分布檢測方法。

背景技術

在農業領域，納米材料可作為載體對農藥化合物進行負載和包覆，有效防止所載農藥受環境中pH、溫度等因素的刺激而發生降解，具有較大研究價值和應用潛力。然而，農藥有效成分被納米材料負載后形成了一種新的載藥顆粒，可能會對靶標作物生長帶來與傳統制劑不同的影響。這一問題是制約農藥納米化新型技術發展與應用的核心科學問題，也是新型農藥制劑能否落地的關鍵。

納米農業仍處于萌芽階段，如果可以恰如其分地理解納米材料與植物之間的基本相互作用及機制，那么納米農業未來可期。目前基于納米材料遞送生物分子植物體系的大部分研究重在評價最后功效，相對而言，納米材料與植物組織及細胞的相互作用、納米材料在植物中的運輸、轉運和攝取機制研究極少。

與此同時，納米材料能通過食物鏈中的營養轉移富集，造成毒理影響。且目前土壤環境中納米材料的種類和數量逐年增加。研究多種納米材料對土壤生物的復合毒性效應和長期毒性效應是未來需要研究的重要方向。其中，檢測納米材料在植株中的分布是重要的實驗基礎。

熒光顯微鏡及電子顯微鏡技術是目前觀察納米材料在植株體內分布的主要手段。無法無標記無損檢測，進而無法動態監測。

太赫茲(THz，1THz＝1×10¹²Hz)是電磁波譜中介于紅外與微波之間的，頻率范圍為0.1-10THz的電磁波，對應的波長為3mm-30μm，光子能量為0.41meV-41meV。從理論上來講，THz的能量范圍與生物分子骨架的振動以及官能團的扭動和轉動的能量有很大交疊；同時生物分子相互作用過程中所涉及的氫鍵和范德華作用也落在THz能量范圍，因此生物樣品對THz有很好的響應，可以利用THz技術在無標記的條件下無損、方便地獲得生物樣品豐富的化學成分、物理性質及結構信息，揭示現有其它光學技術(如紅外、拉曼、熒光、X-射線等)無法或難以獲取的樣品信息。

目前，在農業領域，太赫茲技術主要用于水含量定性定量研究。利用水對太赫茲波吸收性強的特性，在成像過程中水就如同造影劑一般，樣本中含水量的細微差別，在太赫茲頻段檢測中就可以出現明顯不同。但同時，生物體內的含水量可達70％，植物體更高。含水量差異是太赫茲成像的主要區別機制，但水分子對太赫茲波的高吸收也會導致最終對比度降低。

太赫茲成像納米造影劑概念，證實可以通過功能納米粒子有效提高生物活體太赫茲成像的對比度。太赫茲成像中使用的第一種造影劑是金納米棒(GNR)。由于它們能夠接受生物結合過程和局部表面等離子體共振(LSPR)波長周圍的強散射，因此它們是太赫茲醫學成像中制造造影劑最常用的金屬。通常，用近紅外(NIR)激光照射的GNR可以激發表面等離子體激元(SPP)，從而提高附近水分子的溫度和THz信號增強。在近紅外激光照射下，GNRs樣品中反射的太赫茲波形的振幅增加，而反射信號隨著激光強度和照射時間的增加而增加。

氧化釓(Gd2O3)納米顆粒最初被認為是一種適用于MRI的造影劑，也被報道為太赫茲成像中有用的造影劑。使用不同于熱療效應的機制，太赫茲波與Gd2O3納米顆粒的相互作用比與水的相互作用更強，吸收率高出三級，因此適用于太赫茲醫學成像。Gd2O3納米顆粒的功率吸收與其頻率和濃度成正比。