專利名稱：熒光量子點(diǎn)三維取向的探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子學(xué)，半導(dǎo)體學(xué)和生物細(xì)胞學(xué)的交叉領(lǐng)域，特別是一種熒光量子點(diǎn)三維取向探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
量子點(diǎn)是指II-V I或III-V族元素組成的半導(dǎo)體納米顆粒。由于量子點(diǎn)的半徑小于波爾半徑，從而導(dǎo)致了一種量子限制效應(yīng)，使量子點(diǎn)具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。量子點(diǎn)的尺寸同蛋白質(zhì)的尺寸相當(dāng)，具有很大的尺寸依賴性。自從上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)細(xì)胞學(xué)它的獨(dú)特的光學(xué)特性以來，它漸漸的被廣泛用于生物化學(xué)、生物分子學(xué)及生物細(xì)胞學(xué)的研究領(lǐng)域。
單分子的研究向我們揭示了局部的物理和化學(xué)信息，對(duì)單分子的研究將會(huì)使包括生物學(xué)，材料學(xué)，量子光學(xué)，生物化學(xué)等許多領(lǐng)域發(fā)生革命性突破。而量子點(diǎn)作為一種重要的熒光標(biāo)記物，對(duì)它的研究將為量子點(diǎn)應(yīng)用到生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。三維取向作為單個(gè)量子點(diǎn)的重要特性之一，對(duì)它的研究也具有極其重要的意義1、許多光學(xué)特性，如熒光強(qiáng)度，熒光的量子產(chǎn)率，熒光壽命等都與它的方向有關(guān)；2、確定偶極矩方向是用熒光共振能量轉(zhuǎn)移來更精確地探測(cè)分子間距離的先決條件；3，量子點(diǎn)的三維取向可以成為研究分子與周圍環(huán)境，分子與分子間相互作用Fleury L，Segura J M，Zumofen G et al..Nonclassical photon statistics insingle-molecule fluorescence at room temperature.Phys.Rev.Lett.，2000，841148～1151的超靈敏探針。
量子點(diǎn)作為一種新型的熒光標(biāo)記物，能有效的克服有機(jī)染料和熒光蛋白在生物學(xué)研究中的一些弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在1、量子點(diǎn)的激發(fā)譜為寬廣的連續(xù)譜，發(fā)射光譜譜峰窄，峰形對(duì)稱。激發(fā)和發(fā)射光譜之間的斯托克斯位移大，有利于熒光信號(hào)的檢測(cè)。
2、量子點(diǎn)的穩(wěn)定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有機(jī)染料分子。這為長時(shí)間連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了有力標(biāo)記。
3、量子點(diǎn)具有很高的摩爾消光系數(shù)和很高的量子產(chǎn)率，在水溶液中是十分理想的熒光標(biāo)記。
4、量子點(diǎn)具有很高的熒光壽命，使得信號(hào)顯著區(qū)分于背景和其他信號(hào)，可提高探測(cè)靈敏度。
5、不同直徑的量子點(diǎn)可以用單一波長激發(fā)，發(fā)射不同顏色的熒光，方便對(duì)多組生物分子同時(shí)實(shí)時(shí)標(biāo)記。
正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，使量子點(diǎn)被認(rèn)為是極具潛力的理想熒光標(biāo)記染料，廣受人們關(guān)注。
國外多通過離焦情況下量子點(diǎn)成像的光強(qiáng)分布圖樣來判斷量子點(diǎn)的三維取向Jo..rg Enderlein 2000 Opt Lett 25 634，這需要光電探測(cè)器CCD具有很好的分辨率和靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種熒光量子點(diǎn)三維取向探測(cè)方法，該方法只與量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度大小有關(guān)，而與光強(qiáng)度的分布無關(guān)，對(duì)光電探測(cè)器CCD的分辨率和靈敏度的要求不高。
本發(fā)明的理論依據(jù)由熒光率的計(jì)算公式I(μ→,E→)=K·Pa(μ→,E→)]]>，落射式照明下的s光和p光的像的光強(qiáng)(Ix和Iy)請(qǐng)參閱Chen Wang，Li Liu et al.A new method to determined the dipolemoment orientation of single fluorophore[J].Chinese Physics Letters.2004，25(5)843～845為Ix=k|μ→·E→|2=kμx2E2;]]>Iy=k|μ→·E→|2=kμy2E2---(1)]]>全內(nèi)反射式照明下的s光和p光的像的光強(qiáng)(Ix和Iy)為Ip=k|μ→·ϵ→|=k(μxϵx)2+k(μzϵz)2;]]>Is=k|μ→·ϵ→|=k(μyϵy)2---(2)]]>式中 為單分子躍遷偶極矩取向的單位矢量，且μ→=μxx→+μyy→+μzz→,]]>入射的圓偏振光為E→=Ex→+Ey→=Ex→+Ey→]]>；k為系統(tǒng)常數(shù)，與量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率以及實(shí)驗(yàn)儀器有關(guān)。εx，εy，εz是振幅為E的圓偏振光產(chǎn)生的隱失波的x，y，z三個(gè)方向分量。
我們令I(lǐng)xIy=μxμy=A;]]>IpIs=(μxϵx)2+(μzϵz)2(μyϵy)2=B---(3)]]>考慮到μx2+μy2+μz2＝1，我們可以得到
μx2=ϵz2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>μy2=Aϵz2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>μz2=ABϵy2-ϵx2ABϵy2-ϵx2+(1+A)ϵz2]]>考慮到量子點(diǎn)考慮到量子點(diǎn)有兩個(gè)垂直的偶極矩，即μ→=μ→1+μ→2]]>，量子點(diǎn)的取向由與這兩個(gè)偶極矩垂直的暗軸表示(圖1所示)，當(dāng)暗軸方向即量子點(diǎn)的取向，為(Θ，Φ)時(shí)，可以得到 和 的方向分別為(Θ+π/2，Φ)和(π/2，Φ+π/2)請(qǐng)參見XavierBrokmann，Marie-Virgine Ehrensperger，Jean-Pierre Hermier et al.Orientational imagingand tracking of single CdSe nanocrystals by defocused microscopy.Chemical PhysicsLetters.2005，406210-214，則可以得到(μx，μy，μz)和(Θ，Φ)的關(guān)系μx＝μ(cosΘcosΦ-sinΦ)μy＝μ(cosΘcosΦ+sinΦ)μz＝μsinΘ (5)通過上述公式(3)、(4)和(5)的運(yùn)算，總可以求出量子點(diǎn)的三維取向Θ和Φ，則有Θ＝F(Ix，Iy，Is，Ip)Φ＝G(Ix，Iy，Is，Ip) (6)本發(fā)明熒光量子點(diǎn)三維取向探測(cè)方法，包括下列步驟①量子點(diǎn)樣品的制備取充分溶解了的量子點(diǎn)溶液加入酒精溶液中，搖勻制成量子點(diǎn)酒精溶液，然后取一滴量子點(diǎn)酒精溶液滴在蓋玻片上，待酒精揮發(fā)以后，在蓋玻片上留下分散的量子點(diǎn)；②落射式下，獲取單個(gè)量子點(diǎn)熒光光強(qiáng)將留有量子點(diǎn)的蓋玻片置于熒光顯微鏡的載物臺(tái)上，調(diào)整光路成落射式照明，以400-600nm波長的圓偏振光入射到所述的熒光顯微鏡，激發(fā)位于蓋玻片上的量子點(diǎn)，產(chǎn)生的熒光由該熒光顯微鏡的浸油物鏡收集，在成像面前的光路上垂直于該光路設(shè)一偏振片，當(dāng)該偏振片角度為0°時(shí)，記錄CCD上的單個(gè)量子點(diǎn)的像，然后將所述的偏振片旋轉(zhuǎn)90°，再記錄CCD上同一單個(gè)量子點(diǎn)的像，兩個(gè)像的偏振方向垂直，即s偏振方向和p偏振方向，得到落射式照明下單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Ix和p光像的光強(qiáng)Iy；③然后把光路調(diào)成全內(nèi)反射式照明，同樣得到全內(nèi)反射式照明下同一單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Is和p光像的光強(qiáng)Ip；④單個(gè)量子點(diǎn)三維取向利用光強(qiáng)Ix、Iy、Is和Ip與單個(gè)量子點(diǎn)三維取向Θ和Φ的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，Θ＝F(Ix，Iy，Is，Ip)Φ＝G(Ix，Iy，Is，Ip)，獲得該量子點(diǎn)的三維取向Θ和Φ。
利用已獲得該量子點(diǎn)的三維取向Θ和Φ，可以重構(gòu)該量子點(diǎn)的三維取向示意圖。
本發(fā)明方法的特點(diǎn)是只與量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度大小有關(guān)，而與光強(qiáng)度的分布無關(guān)，對(duì)光電探測(cè)器CCD的分辨率和靈敏度的要求不高。


圖1為量子點(diǎn)的取向示意2為落射式照明示意圖，入射光以垂直樣品表面的角度照明。
圖3為全內(nèi)反射式照明示意圖，入射光以大于臨界角的角度入射。
圖4為量子點(diǎn)三維取向重構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本實(shí)施例選取的量子點(diǎn)為CdSe，外層包裹著ZnS，直徑為1～10nm，發(fā)射波長為655nm。
一種熒光量子點(diǎn)三維取向的探測(cè)方法，特征在于包括下列步驟①量子點(diǎn)樣品的制備取充分溶解了的量子點(diǎn)溶液加入酒精溶液中，搖勻制成量子點(diǎn)酒精溶液，然后取一滴量子點(diǎn)酒精溶液滴在蓋玻片上，待酒精揮發(fā)以后，在蓋玻片上留下分散的量子點(diǎn)；②落射式下，單個(gè)量子點(diǎn)熒光的獲取將留有量子點(diǎn)的蓋玻片置于熒光顯微鏡的載物臺(tái)上，調(diào)整光路成落射式照明，如圖2所示照明，以488nm波長的圓偏振光入射到所述的熒光顯微鏡，激發(fā)位于蓋玻片上的量子點(diǎn)，產(chǎn)生的熒光由該熒光顯微鏡的浸油物鏡收集，在成像面前的光路上垂直于該光路設(shè)一偏振片，當(dāng)該偏振片角度為0°時(shí)，記錄CCD上的單個(gè)量子點(diǎn)的像，然后將所述的偏振片旋轉(zhuǎn)90°，再記錄CCD上同一單個(gè)量子點(diǎn)的像，兩個(gè)像的偏振方向垂直，即s偏振方向和p偏振方向，得到落射式照明下單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Ix和p光像的光強(qiáng)Iy；③然后把光路調(diào)成全內(nèi)反射式照明，如圖3所示照明，同樣得到全內(nèi)反射式照明下同一單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Is和p光像的光強(qiáng)Ip；④單個(gè)量子點(diǎn)三維取向利用光強(qiáng)Ix、Iy、Is和Ip與單個(gè)量子點(diǎn)三維取向的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，即可獲得該量子點(diǎn)的三維取向Θ＝F(Ix，Iy，Is，Ip)Φ＝G(Ix，Iy，Is，Ip)；通過實(shí)驗(yàn)，獲得三個(gè)量子點(diǎn)1、2、3的光強(qiáng)分別為(410，3140；880，4420)；(1520，2010；880，1420)；(3480，1880；4230，2090)，括號(hào)里的光強(qiáng)分別Ix，Iy，Is和Ip。一般量子點(diǎn)能持續(xù)耐光漂白的穩(wěn)定發(fā)光，因此不考慮激發(fā)時(shí)間對(duì)量子點(diǎn)熒光光強(qiáng)的影響。根據(jù)公式(6)Θ＝F(Ix，Iy，Is，Ip)；Φ＝G(Ix，Iy，Is，Ip)可以得到量子點(diǎn)1，2，3的三維取向(Θ，Φ)分別是(76.8°，163.7°)，(74.0°，67.3°)，(75.1°，37.9°)。重構(gòu)量子點(diǎn)三維取向示意圖，如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種熒光量子點(diǎn)三維取向的探測(cè)方法，特征在于包括下列步驟①量子點(diǎn)樣品的制備取充分溶解了的量子點(diǎn)溶液加入酒精溶液中，搖勻制成量子點(diǎn)酒精溶液，然后取一滴量子點(diǎn)酒精溶液滴在蓋玻片上，待酒精揮發(fā)以后，在蓋玻片上留下分散的量子點(diǎn)；②落射式下，獲取單個(gè)量子點(diǎn)熒光光強(qiáng)將留有量子點(diǎn)的蓋玻片置于熒光顯微鏡的載物臺(tái)上，調(diào)整光路成落射式照明，以400-600nm波長的圓偏振光入射到所述的熒光顯微鏡，激發(fā)位于蓋玻片上的量子點(diǎn)，產(chǎn)生的熒光由該熒光顯微鏡的浸油物鏡收集，在成像面前的光路上垂直于該光路設(shè)一偏振片，當(dāng)該偏振片角度為0°時(shí)，記錄CCD上的單個(gè)量子點(diǎn)的像，然后將所述的偏振片旋轉(zhuǎn)90°，再記錄CCD上同一單個(gè)量子點(diǎn)的像，兩個(gè)像的偏振方向垂直，即s偏振方向和p偏振方向，得到落射式照明下單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Ix和p光像的光強(qiáng)Iy；③然后把光路調(diào)成全內(nèi)反射式照明，同樣得到全內(nèi)反射式照明下同一單個(gè)量子點(diǎn)的s光像的光強(qiáng)Is和p光像的光強(qiáng)Ip；④單個(gè)量子點(diǎn)三維取向利用光強(qiáng)Ix、Iy、Is和Ip與單個(gè)量子點(diǎn)三維取向Θ和Φ的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，Θ＝F(Ix，Iy，Is，Ip)Φ＝G(Ix，Iv，Is，Ip)，獲得該量子點(diǎn)的三維取向Θ和Φ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光量子點(diǎn)三維取向的探測(cè)方法，特征在于還包括重構(gòu)該量子點(diǎn)的三維取向示意圖。
全文摘要
一種熒光量子點(diǎn)三維取向的探測(cè)方法，包括下列步驟量子點(diǎn)樣品的制備獲得落射式照明和全內(nèi)反射式照明，單個(gè)量子點(diǎn)熒光光強(qiáng)I
文檔編號(hào)G01N21/64GK1971252SQ20061011933
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者劉力, 王金媛, 付國, 王琛, 王桂英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所