荧光量子点三维取向的探测方法技术

一种荧光量子点三维取向的探测方法，包括下列步骤：量子点样品的制备：获得落射式照明和全内反射式照明，单个量子点荧光光强Ｉ↓［ｘ］、Ｉ↓［ｙ］、Ｉ↓［ｓ］和Ｉ↓［ｐ］；利用光强Ｉ↓［ｘ］、Ｉ↓［ｙ］、Ｉ↓［ｓ］和Ｉ↓［ｐ］与单个量子点三维取向的关系式计算量子点的三维取向Θ和Φ。本发明专利技术方法的特点是只与量子点的发光强度大小有关，而与光强度的分布无关，对光电探测器ＣＣＤ的分辨率和灵敏度的要求也不高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子学，半导体学和生物细胞学的交叉领域，特别是一种荧光量子点三维取向探测方法。
技术介绍
量子点是指II-V I或III-V族元素组成的半导体纳米颗粒。由于量子点的半径小于波尔半径，从而导致了一种量子限制效应，使量子点具有独特的光学和电学性质。量子点的尺寸同蛋白质的尺寸相当，具有很大的尺寸依赖性。自从上世纪70年代发现细胞学它的独特的光学特性以来，它渐渐的被广泛用于生物化学、生物分子学及生物细胞学的研究领域。单分子的研究向我们揭示了局部的物理和化学信息，对单分子的研究将会使包括生物学，材料学，量子光学，生物化学等许多领域发生革命性突破。而量子点作为一种重要的荧光标记物，对它的研究将为量子点应用到生物学和医学研究领域打下基础。三维取向作为单个量子点的重要特性之一，对它的研究也具有极其重要的意义1、许多光学特性，如荧光强度，荧光的量子产率，荧光寿命等都与它的方向有关；2、确定偶极矩方向是用荧光共振能量转移来更精确地探测分子间距离的先决条件；3，量子点的三维取向可以成为研究分子与周围环境，分子与分子间相互作用Fleury L，Segura J M，Zumofen G et al..Nonclassical photon statistics insingle-molecule fluorescence at room temperature.Phys.Rev.Lett.，2000，841148～1151的超灵敏探针。量子点作为一种新型的荧光标记物，能有效的克服有机染料和荧光蛋白在生物学研究中的一些弱点，主要表现在1、量子点的激发谱为宽广的连续谱，发射光谱谱峰窄，峰形对称。激发和发射光谱之间的斯托克斯位移大，有利于荧光信号的检测。2、量子点的稳定性要远远高于有机染料分子。这为长时间连续实时监控提供了有力标记。3、量子点具有很高的摩尔消光系数和很高的量子产率，在水溶液中是十分理想的荧光标记。4、量子点具有很高的荧光寿命，使得信号显著区分于背景和其他信号，可提高探测灵敏度。5、不同直径的量子点可以用单一波长激发，发射不同颜色的荧光，方便对多组生物分子同时实时标记。正是由于这些优点，使量子点被认为是极具潜力的理想荧光标记染料，广受人们关注。国外多通过离焦情况下量子点成像的光强分布图样来判断量子点的三维取向Jo..rg Enderlein 2000 Opt Lett 25 634，这需要光电探测器CCD具有很好的分辨率和灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种荧光量子点三维取向探测方法，该方法只与量子点的发光强度大小有关，而与光强度的分布无关，对光电探测器CCD的分辨率和灵敏度的要求不高。本专利技术的理论依据由荧光率的计算公式I(μ→,E→)=K·Pa(μ→,E→)]]>，落射式照明下的s光和p光的像的光强(Ix和Iy)请参阅Chen Wang，Li Liu et al.A new method to determined the dipolemoment orientation of single fluorophore.Chinese Physics Letters.2004，25(5)843～845为Ix=k|μ→·E→|2=kμx2E2;]]>Iy=k|μ→·E→|2=kμy2E2---(1)]]>全内反射式照明下的s光和p光的像的光强(Ix和Iy)为Ip=k|μ→·ϵ→|=k(μxϵx)2+k(μzϵz)2;]]>Is=k|μ→·ϵ→|=k(μyϵy)2---(2)]]>式中 为单分子跃迁偶极矩取向的单位矢量，且μ→=μxx→+μyy→+μzz→,]]>入射的圆偏振光为E→=Ex→+Ey→=Ex→+Ey→]]>；k为系统常数，与量子点的量子产率以及实验仪器有关。εx，εy，εz是振幅为E的圆偏振光产生的隐失波的x，y，z三个方向分量。我们令IxIy=μxμy=A;]]>IpIs=(μxϵx)2+(μzϵz)2(μyϵy)2=B---(3)]]>考虑到μx2+μy2+μz2＝1，我们可以得到 μx2=ϵz2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>μy2=Aϵz2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>μz2=ABϵy2-ϵx2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>考虑到量子点考虑到量子点有两个垂直的偶极矩，即μ→=μ→1+μ→2]]>，量子点的取向由与这两个偶极矩垂直的暗轴表示(图1所示)，当暗轴方向即量子点的取向，为(Θ，Φ)时，可以得到 和 的方向分别为(Θ+π/2，Φ)和(π/2，Φ+π/2)请参见XavierBrokmann，Marie-Virgine Ehrensperger，Jean-Pierre Hermier et al.Orientational imagingand tracking of single CdSe nanocrystals by defocused microscopy.Chemical PhysicsLetters.2005，406210-214，则可以得到(μx，μy，μz)和(Θ，Φ)的关系μx＝μ(cosΘcosΦ-sinΦ)μy＝μ(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光量子点三维取向的探测方法，特征在于包括下列步骤：①量子点样品的制备：取充分溶解了的量子点溶液加入酒精溶液中，摇匀制成量子点酒精溶液，然后取一滴量子点酒精溶液滴在盖玻片上，待酒精挥发以后，在盖玻片上留下分散的量子点；　 　②落射式下，获取单个量子点荧光光强：将留有量子点的盖玻片置于荧光显微镜的载物台上，调整光路成落射式照明，以４００－６００ｎｍ波长的圆偏振光入射到所述的荧光显微镜，激发位于盖玻片上的量子点，产生的荧光由该荧光显微镜的浸油物镜收集 ，在成像面前的光路上垂直于该光路设一偏振片，当该偏振片角度为０°时，记录ＣＣＤ上的单个量子点的像，然后将所述的偏振片旋转９０°，再记录ＣＣＤ上同一单个量子点的像，两个像的偏振方向垂直，即ｓ偏振方向和ｐ偏振方向，得到落射式照明下单个量子点的ｓ光像的光强Ｉ↓［ｘ］和ｐ光像的光强Ｉ↓［ｙ］；③然后把光路调成全内反射式照明，同样得到全内反射式照明下同一单个量子点的ｓ光像的光强Ｉ↓［ｓ］和ｐ光像的光强Ｉ↓［ｐ］；④单个量子点三维取向：利用光强Ｉ↓［ｘ］、Ｉ↓［ｙ ］、Ｉ↓［ｓ］和Ｉ↓［ｐ］与单个量子点三维取向Θ和Φ的关系式进行计算，Θ＝Ｆ（Ｉ↓［ｘ］，Ｉ↓［ｙ］，Ｉ↓［ｓ］，Ｉ↓［ｐ］）Φ＝Ｇ（Ｉ↓［ｘ］，Ｉ↓［ｙ］，Ｉ↓［ｓ］，Ｉ↓［ｐ］），获得该量子点的三维取向Θ和Φ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，王金媛，付国，王琛，王桂英，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]