一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法技术

本发明专利技术公开了一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，包括以下步骤：S1、制备金纳米棒

【技术实现步骤摘要】
一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法


[0001]本专利技术涉及声波探测
，尤其是涉及一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法。

技术介绍

[0002]机械波，尤其是声波由于可以在介质中高效地传播，因此在我们日常生活中扮演着十分重要角色，并且促进了许多先进技术的发展，例如：声纳、地震学与超声波医学成像。高灵敏与高空间分辨是声波振动信号检测的基础与核心。然而，目前报道的声学振动或位移检测技术，如微电机系统、纳电机系统、光镍技术、原子力显微镜纳米悬臂梁、纳米机械质谱、量子光机械器件与表面波共振腔等，尽管灵敏度可达飞米甚至阿米水平，但是这些技术的空间分辨率相对较低。除此之外，这些技术的检测带宽至多可达兆赫兹水平，且要么局限于超低温条件，要么实验装置复杂、要求极低的外界扰动，因此具有一定的局限性。因此，同时实现声波振动或者位移的高灵敏与高空间分检测是目前亟待解决的问题，有望应用于高分辨超声成像、材料缺陷的精准定位和声源的高灵敏追踪等领域。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术公开了一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，利用金纳米棒
‑
荧光分子纳米体系作为室温环境下声波振动检测的探针，并利用石英晶体音叉作为声波振动源，将金纳米棒
‑
荧光分子纳米体系耦合至石英晶体音叉，成功提取到声波振动的频率与振幅，得到了实验检测灵敏度10pm/Hz
1/2
与检测带宽40GHz，成功实现了室温环境下局域声波振动的高灵敏与高空间分辨检测。
[0004]技术方案：本专利技术公开的等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，包括以下步骤：
[0005]S1、制备金纳米棒
‑
荧光分子混合液；
[0006]S2、制备金纳米棒
‑
荧光分子薄膜；
[0007]S3、组装声波振动检测纳米器件：附有金纳米棒
‑
荧光分子薄膜的石英晶体音叉；
[0008]S4、设计模拟声波振动源，利用信号发生器施加与音叉共振频率相同的频率，驱动音叉两电极产生周期性的振动，使得金纳米棒
‑
荧光分子的距离发生改变，导致金纳米棒对荧光分子的荧光增强程度改变，从而引起分子的荧光强度发生改变；
[0009]S5、激发收集分子荧光信号，采用荧光检测装置激发荧光分子产生荧光，并收集这种因金纳米棒
‑
荧光分子距离改变而引起的分子荧光强度变化；
[0010]S6、检测提取声波振动信号，根据S5中收集得到的荧光强度随时间变化数据，进行快速傅里叶变换，即提取到声波振动信号的频率与振幅。
[0011]进一步的，S1用PMMA/DMSO溶液分别稀释结晶紫/DMSO与金纳米棒/DMSO溶液，分别配制得到结晶紫溶液与金纳米棒溶液，然后将配制好的结晶紫溶液与金纳米棒溶液等体积比混合，得金纳米棒
‑
荧光分子混合液。
[0012]进一步的，S2取金纳米棒
‑
荧光分子混合液旋涂于盖玻片上，然后在加热板上退火，制备得到均匀的固相薄膜。
[0013]进一步的，S3取石英晶体音叉，将金纳米棒
‑
荧光分子薄膜从盖玻片上剥离，粘附于石英晶体音叉的两个电极上，得到附有薄膜的石英晶体音叉。
[0014]进一步的，S5中，所述荧光检测装置包括激光器、带通滤光片、二向色镜、空气物镜、长通滤光片、聚光透镜、分束镜、单光子计数器及成像相机，所述激光器产生激光，经过带通滤光片由45
°
放置的二向色镜反射至空气物镜，通过空气物镜聚焦于样品薄膜上，激发产生荧光，分子荧光信号由该空气物镜反射回，透过二向色镜，经过长通滤光片去除激光，经过聚光透镜，再由分束镜分束至成像相机和单光子计数器收集。
[0015]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：首次利用等离激元增强单分子荧光实现了在室温环境下对局域声波振动的探测，检测灵敏度可达10pm/Hz
1/2
，检测带宽可达40GHz，同时具备很高的时间与空间分辨能力，打破了
技术介绍
的复杂性与局限性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术金纳米棒等离激元增强单分子荧光检测室温下的局域声波振动/位移/应力平台；
[0017]图2为结晶紫(CV)分子在系综平均与单分子水平上的光谱与荧光动力学表征图；
[0018](a)为CV分子嵌入至PMMA薄膜的吸收与荧光光谱；(b)为CV分子嵌入至PMMA薄膜的荧光强度随光照时间变化的动力学曲线；图(c)为单个CV分子的总亮态时间的统计分布；图(d)为单个CV分子的总暗态时间的统计分布；虚点线表示633nm作为激发光源，插图是CV分子的化学结构；
[0019]图3为单分子/金纳米棒声波振动检测体系的表征图；
[0020](a)为金纳米棒的长度分布，插图为金纳米棒的形貌(SEM)表征；(b)为金纳米棒的宽度分布；(c)为金纳米棒的长径比分布；(d)为金纳米棒的吸收光谱，CV分子在PMMA薄膜的吸收与荧光光谱；虚点线表示633nm作为激发光源，虚线表示CV分子的荧光峰位；
[0021]图4为声波振动的实验检测图；
[0022](a)为实验检测器件的组装示意图，插图为附近金纳米棒增强的单个CV分子的荧光成像；(b)为单分子荧光强度追踪的快速傅里叶变换(FFT)，积分时间为200s，数据点大小为5μs，中心共振频率为32.715kHz；(c)为FFT幅值随驱动电压的变化，红色的虚线是对应于散点图的线性拟合；对于不同的驱动电压，单分子荧光强度始终保持在26,000counts/s，单个CV分子的尺寸大小为2nm；
[0023]图5为音叉电极的振动位移随驱动电压变化的表征图；
[0024](a)为音叉一端电极不施加驱动电压时的宽场透射成像；(b)为音叉一端电极施加15V驱动电压产生共振时的宽场透射成像；(c)为施加15V驱动电压时垂直于音叉一端电极边缘的横截面的振动位移大小；(d)为施加驱动电压在音叉共振频率下的音叉一端电极的振动位移随驱动电压的变化；红色实线对应于实验数据散点的线性拟合，拟合的斜率为200nm/V；
[0025]图6为不同积分时间下的FFT信号随数据点大小的变化图；
[0026](a)为积分时间：1s；(b)为积分时间：0.1s；施加的驱动电压为1V，音叉的共振频率
为32.715kHz。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0028]一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，包括以下步骤：
[0029]S1、制备金纳米棒
‑
荧光分子混合液；
[0030]用PMMA/DMSO溶液分别稀释结晶紫/DMSO与金纳米棒/DMSO溶液，分别配制得到结晶紫溶液与金纳米棒溶液，然后将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备金纳米棒
‑
荧光分子混合液；S2、制备金纳米棒
‑
荧光分子薄膜；S3、组装声波振动检测纳米器件：附有金纳米棒
‑
荧光分子薄膜的石英晶体音叉；S4、设计模拟声波振动源，利用信号发生器施加与音叉共振频率相同的频率，驱动音叉两电极产生周期性的振动，使得金纳米棒
‑
荧光分子的距离发生改变，导致金纳米棒对荧光分子的荧光增强程度改变，从而引起分子的荧光强度发生改变；S5、激发收集分子荧光信号，采用荧光检测装置激发荧光分子产生荧光，并收集这种因金纳米棒
‑
荧光分子距离改变而引起的分子荧光强度变化；S6、检测提取声波振动信号，根据S5中收集得到的荧光强度随时间变化数据，进行快速傅里叶变换，即提取到声波振动信号的频率与振幅。2.根据权利要求1所述的等离激元增强单分子荧光体系探测局域声波振动的方法，其特征在于：S1用PMMA/DMSO溶液分别稀释结晶紫/DMSO与金纳米棒/DMSO溶液，分别配制得到结晶紫溶液与金纳米棒溶液，然后将配制好的结晶紫溶液与金纳米棒溶液等体积比混合，得金纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玉玺，谢名财，刘涵钰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：