表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法技术

表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，涉及液体样品检测。具体步骤：1)制备表面不对称微粒探针；2)在载玻片上刻蚀两个样品池，制成样品片，将样品片和盖玻片经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干；3)将探针分散于待测液体样品中；4)观察样品池的准备；5)图像的获取；6)图像处理和数据分析；7)回收样品片。去除了机械外力作用和影响，对样品干扰小；装置搭建和操作简单；测试样品仅需μL量级，测试微粒探针用量少；优化了非圆形图像的分析和数据处理；检测精度高，检测信息量更丰富，能够实现样品的区域性性质分辨。可实现样品用量经济、适用性好、操作简单、分析自动、精密度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体样品检测，具体是涉及一种表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法。
技术介绍
包括粘度、粘弹性等的液体流变学特性是应用最广泛的液体物化特性参数之一，可以用来辨别材料特性、预测材料功能；结合时间也可以反应物质的化学反应过程、温度变化过程、相变过程等；适度的流变学特性还可以促进生产效率、增强产品功能。生活中常见的液体类物质包括油漆、化妆品、乳液、食品类、医药类样品等，在其生产的不同阶段都需检测其流变学特性作为产品质量控制的手段之一。目前常用传统机械方法进行旋转测量、振荡测量等给出流动和粘度曲线、时间依赖性、频率依赖性等，测试系统包括同心圆筒、平行板、锥板等。但传统机械方法存在以下不足：一是样品用量大(几至几十毫升)，不适用于高价值样品或尚不能批量生产的产品；二是机械方法外力作用较大，对于易破损样品损伤大；三是有些样品的性质内部差异较大，传统方法测的平均值无法反映实际微观性质。已有一些基于微米或纳米粒子的探针光学成像技术应用于流体科学、生命科学及其它相关学科的前沿研究，依据布朗热运动理论，建立了微粒探针与流体流变学性质的数学关联(T.G.Mason,K.Ganesan,J.H.van Zanten,et al.Phy.Rev.Lett.,79:3282-3285；M.L.Gardel,M.T.Valentine,J.C.Crocker,et al.Phy.Rev.Lett.,91:158302)。理论上的壁面效应也仍适用(M.Lisicki,B.Cichocki,S.A.Rogers,et al.Soft Matter,2014,10:4312-4323)。专利CN1891720A，CN102071018B，CN103374352A等提出了纳米微粒和微球生物荧光探针的制备方法，做了有益尝试。然而这些方法采用的粒子均为普通球状微粒，不能够观察到转动，且在液体样品性质检测的精密度上有待提高。以金属半壳修饰荧光微粒后，其光亮度受金属半壳遮挡能够随转动不断变化，借助光亮度的变化实现对液相粘度的分辨(C.J.Behrend,J.N.Anker,R.Kopelman,Appl.Phy.Lett.,84:154-156)。使用尺寸合适的荧光球状微粒时，在光学显微镜下随本体转动呈现可分辨的不同形状，如蛾眉月、凸月、残月等。借助月相反映出粒子的三维方位，进而综合平动和转动，可以更精准地推断出液体样品的流变学特性(S.M.Anthony,L.Hong,M.Kim,et al.Langmuir,22:9812-9815)。对微粒动态的描述需要能够较高效率地分析处理非圆形图像，但当前所用方法仍较为繁琐，且目前未有规则统一、较为标准、易于比较的测定方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种可实现样品用量经济、适用性好、操作简单、分析自动、精密度高的表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法。本专利技术的具体步骤如下：1)制备表面不对称微粒探针，具体方法如下：将微米级球形粒子的水相分散液滴加于基底片上的Teflon环内，蒸发液相后，得到紧密组装的微粒单层；将基底片和微粒单层蒸镀金属薄膜后，超声，使微粒从基底片上脱落，再依次经离心、乙醇洗涤、再离心、双蒸水洗涤，重新得到表面不对称微粒探针(以下简称探针)的水相分散液；2)在载玻片上刻蚀两个样品池，制成样品片，将样品片和盖玻片经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干；3)将探针分散于待测液体样品中；4)观察样品池的准备，具体方法如下：向步骤2)得到的样品片样品池内加入步骤3)得到的含探针的待测液体样品中，盖上盖玻片，以密封胶封装盖玻片四周形成2个装满待测液体样品的密闭观察区域；5)图像的获取：将步骤4)中的样品片固定在光学显微镜下并找到数量适宜的探针聚焦，可以清晰看到单个探针及其边界，用照相机连续拍摄2000～3000帧图像，再写入PC，每个样品池拍摄4个样品点，以获得足够多的粒子运动图像；6)图像处理和数据分析：将步骤5)得到的图像序列以ImageJ和MATLAB程序进行追踪处理及数据分析后，得到待测液体样品的流变学性质；7)回收样品片：以丙酮浸泡+超声处理使密封胶溶胀并脱离，样品片再经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干，可重复使用。在步骤1)中，所述球形粒子可选自球形聚苯乙烯粒子、球形二氧化硅粒子、球形PMMA粒子等中的一种；球形粒子的直径可为2～4μm；所述基底片可采用玻璃载玻片或硅片；所述蒸发液相可在室温下蒸发液相；所述将基底片和微粒单层蒸镀金属薄膜可将基底片和微粒单层置于物理气相沉积或溅射镀膜设备中蒸镀金属薄膜；所述蒸镀金属薄膜的厚度可为20～30nm，所述蒸镀金属薄膜的金属可采用金或铂等贵金属；所述超声可在蒸馏水中超声10～30min。在步骤2)中，所述两个样品池的尺寸可为10mm×10mm×(20～40)μm、10mm×10mm×(40～100)μm或Φ10mm×(40～100)μm；此种设计能将探针限定于近二维运动；所述盖玻片可采用(15～20)mm×(15～20)mm的标准正方形盖玻片。在步骤3)中，所述待测液体样品可为蒸馏水、丙三醇、聚乙二醇、不溶解微粒、蒸镀薄膜、不与探针进行化学反应的液相样品、不与探针进行化学反应的药品等中的至少一种；所述将探针分散于待测液体样品中的具体方法可为：取探针加入待测液体样品至低浓度分布，所述低浓度分布是浓度以最终能覆盖观察样品池底面1％～2％的面积。在步骤4)中，所述含探针的待测液体样品的加入量最好每一样品片样品池加80～120μL；所述密封胶可采用环氧树脂AB胶类化学稳定性较好、凝固较快的相变胶。在步骤5)中，所述光学显微镜可采用立式荧光显微镜、倒立式荧光显微镜、立式白光显微镜或倒立式白光显微镜等；所述光学显微镜下的光学放大倍数可为20～50倍；所述连续拍摄的拍摄速度可为6～20fpm；所述写入PC可以.avi，.seq，.gif等与ImageJ软件和MATLAB兼容的格式。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：去除了机械外力作用和影响，对样品干扰小；装置搭建和操作简单；测试样品仅需μL量级，测试微粒探针用量少；优化了非圆形图像的分析和数据处理；检测精度高，检测信息量更丰富，能够实现样品的区域性性质分辨。本专利技术可以实现：(1)表面不对称微粒探针的批量制备，可以根据应用环境的改变选择微粒探针的材质。(2)测试样品池的搭建和重复使用。(3)简单易行的图像获得和分析。(4)以少数探针获得相对精准的液体样品流变学性质分析。附图说明图1是实施例1中表面不对称微粒探针的制备流程图。图中：1是Teflon环，2是硅片基底，3是未修饰前的微粒，4是金属沉积，5是重新分散后的探针。图2是实施例1中制得的探针的扫描电子显微镜图。图3是实施例2中样品池和探针观测装置搭建示意图。在图3中：5是分散在其中的探针，6是样品片上刻蚀的两个凹槽样品池。图4是实施例2中探针的光学图像。每两图之间间隔时间10s。图5是实施例1中制得的探针的光学图像隐含的两个不同方位示意图。在图5中，其中7是探针的未修饰荧光部分在光学显微镜下形成的弯月形封闭区域，θ是天顶角，表明未修饰荧光部分-金属半壳部分的分隔平面8与图像平本文档来自技高网...

【技术保护点】
表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，其特征在于其具体步骤如下：1)制备表面不对称微粒探针，具体方法如下：将微米级球形粒子的水相分散液滴加于基底片上的Teflon环内，蒸发液相后，得到紧密组装的微粒单层；将基底片和微粒单层蒸镀金属薄膜后，超声，使微粒从基底片上脱落，再依次经离心、乙醇洗涤、再离心、双蒸水洗涤，重新得到表面不对称微粒探针的水相分散液；2)在载玻片上刻蚀两个样品池，制成样品片，将样品片和盖玻片经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干；3)将探针分散于待测液体样品中；4)观察样品池的准备，具体方法如下：向步骤2)得到的样品片样品池内加入步骤3)得到的含探针的待测液体样品中，盖上盖玻片，以密封胶封装盖玻片四周形成2个装满待测液体样品的密闭观察区域；5)图像的获取：将步骤4)中的样品片固定在光学显微镜下并找到数量适宜的探针聚焦，可以清晰看到单个探针及其边界，用照相机连续拍摄2000～3000帧图像，再写入PC，每个样品池拍摄4个样品点，以获得足够多的粒子运动图像；6)图像处理和数据分析：将步骤5)得到的图像序列以ImageJ和MATLAB程序进行追踪处理及数据分析后，得到待测液体样品的流变学性质；7)回收样品片：以丙酮浸泡+超声处理使密封胶溶胀并脱离，样品片再经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干，可重复使用。...

【技术特征摘要】
1.表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，其特征在于其具体步骤如下：1)制备表面不对称微粒探针，具体方法如下：将微米级球形粒子的水相分散液滴加于基底片上的Teflon环内，蒸发液相后，得到紧密组装的微粒单层；将基底片和微粒单层蒸镀金属薄膜后，超声，使微粒从基底片上脱落，再依次经离心、乙醇洗涤、再离心、双蒸水洗涤，重新得到表面不对称微粒探针的水相分散液；2)在载玻片上刻蚀两个样品池，制成样品片，将样品片和盖玻片经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干；3)将探针分散于待测液体样品中；4)观察样品池的准备，具体方法如下：向步骤2)得到的样品片样品池内加入步骤3)得到的含探针的待测液体样品中，盖上盖玻片，以密封胶封装盖玻片四周形成2个装满待测液体样品的密闭观察区域；5)图像的获取：将步骤4)中的样品片固定在光学显微镜下并找到数量适宜的探针聚焦，可以清晰看到单个探针及其边界，用照相机连续拍摄2000～3000帧图像，再写入PC，每个样品池拍摄4个样品点，以获得足够多的粒子运动图像；6)图像处理和数据分析：将步骤5)得到的图像序列以ImageJ和MATLAB程序进行追踪处理及数据分析后，得到待测液体样品的流变学性质；7)回收样品片：以丙酮浸泡+超声处理使密封胶溶胀并脱离，样品片再经食人鱼溶液浸泡、双蒸水润洗干净、氮气吹干，可重复使用。2.如权利要求1所述表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，其特征在于在步骤1)中，所述球形粒子选自球形聚苯乙烯粒子、球形二氧化硅粒子、球形PMMA粒子中的一种；球形粒子的直径可为2～4μm。3.如权利要求1所述表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，其特征在于在步骤1)中，所述基底片采用玻璃载玻片或硅片；所述蒸发液相可在室温下蒸发液相。4.如权利要求1所述表面不对称微粒探针应用于液体性质的原位检测方法，其特征在于在步骤1)中，所述将基底片和微粒单层蒸镀金属薄膜是...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔景芹，王太宏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35