用于研究单个纳米颗粒表面的显微光谱

　　背景

　　András Deák博士的研究重点是了解分子如何相互作用并附着在纳米颗粒表面背后的物理学。许多应用依赖于以预定方式附着在纳米颗粒表面的引入分子。然而，如果纳米颗粒已经有分子附着在其表面，则不能保证完全的分子交换。单纳米颗粒散射实验可以深入了解分子交换的程度，峰移和展宽与分子附着的增加相关。这种方法的优点是它不受常用的体集成测量期间固有存在的同源展宽的影响。

　　András Deák研究的另一个方面集中在自组装上，即纳米粒子如何在溶液中相互作用。纳米颗粒被制造和表面改性，以便它们以预定义的方式相互附着。然而，这种附着通常通过扫描电子显微镜(SEM)来表征，该过程从其液体环境中去除纳米颗粒。随着纳米颗粒被表征的环境发生了变化，不确定这是否真的是纳米颗粒在液体介质中的相互作用方式。

　　图1：定制的显微光谱系统的图像，由连接到光学显微镜的IsoPlane和PIXIS CCD相机组成。光谱显示了单个金纳米棒与1 mM半胱胺反应时纵向表面等离子体共振峰的红移。

　　挑战

　　为了克服SEM表征引起的不均匀散射和环境变化，András Deák开发了一种定制的显微光谱系统。该系统旨在通过暗场照明分析单个纳米颗粒的散射光谱。

　　在观察分子交换时，研究人员将带有附着在表面的分子的纳米颗粒放入光学显微镜下的流通池中。然后，他们将新分子引入系统，并监测单个纳米颗粒的散射光谱如何随时间变化。散射峰的宽度与附着在表面的分子数量相关，因此可用于确定分子交换的水平。

　　该方法还可用于确定纳米颗粒如何在单个纳米颗粒尺度上在液体内相互作用。通过使用光谱学，András Deák的研究人员可以查看单个纳米颗粒的表面细节，而无需将它们从液体介质中去除。这些纳米粒子光谱的任何变化都表明纳米粒子已经相互作用。由于IsoPlane经过像差校正，我们可以在整个CCD范围内获得高度可靠的强度值。

　　解决方案

　　定制的显微光谱系统由连接到光学显微镜的IsoPlane和PIXIS CCD相机组成，在其上放置带有纳米颗粒的流通池。该系统 的 高度 灵活 性 允许 通过 LabVIEW 集成 不同 组 件。这允许从一个程序完全控制IsoPlane，PIXIS，压电平台和旋转平台。

　　IsoPlane是纳米颗粒显微光谱学的理想选择，因为它经过像差校正，为每个纳米颗粒产生准确的光谱，而无需任何额外的光谱展宽。这还可以防止光谱在CCD上扩散，从而提供高度可靠的强度值，覆盖PIXIS捕获的整个波长范围。该系统还使用IntelliCal波长和强度校准灯，使研究人员能够快速进行非常可靠的测量。这使得研究人员能够非常快速地在单个纳米粒子尺度上以高精度评估纳米颗粒表面的物理学。

审核编辑 黄宇