[发明专利]一种基于光学俘获的颗粒粒径检测方法

说明书

技术领域

本发明属于颗粒粒径检测、单分子测量方法和光学微操纵技术领域，具体涉及一种基于光学俘获的颗粒粒径检测方法。

背景技术

颗粒粒径检测在很多领域有着广泛应用，例如各种粉体工业中粒度测量，悬浊液药剂中粒径测定，以及细胞尺寸测量。目前广泛应用可大量测量粒径的技术方法很多，如筛析法、沉降天平法、电阻法和激光散射法等。

在生物大分子力学特性研究中，利用光镊或者其它测量工具时，其特点是通过小球偶联大分子达到检测单分子力学特性的目的。而在测量中，光阱的刚度和探测器的电压比例系数与颗粒大小息息相关，因此手柄小球尺寸的均称度是保证测量精度的前提。目前除了使用标准尺寸的微粒，大部分带有生物功能修饰的微粒，尺寸均称度差，所以普遍采取平均尺寸代替了实际尺寸。对于均称度较大的小球，得到的力谱的偏差也大。即便是采用显微图像边沿检测法，由于其受到依赖照明、轴向位置和操作者的影响，测量的颗粒粒径与真实值存在较大误差，所以实验精确也难以保证。

基于带有高精度快速位置探测器的光镊系统，本发明提出一套标准操作流程和数据分析方法，准确测量颗粒粒径，解决在测量单分子力谱中受微粒半径影响的问题。准确测量光阱中每个颗粒的半径，即可达到原位检测每次单分子实验操纵微粒的粒径的精确值，提高每次测量力谱的准确程度。

发明内容

本发明的目的提供一种高精度原位检测粒径的方法。主要检测流程见图1，在基于带有宽带快速探测位置探测器的光镊系统上，通过平台控制样品室作正弦运动，探测光阱中被俘获颗粒的受限运动信号。根据标准尺寸颗粒的运动信号的功率谱，包括受限热噪声功率谱和受迫运动的功率谱，根据校准的平台运动幅度和受迫运动的功率谱，校准探测器的电压比例系数，然后根据热噪声的功率谱便确定颗粒的扩散系数。由于颗粒半径已知，由扩散系数确定η(T)/T，其中η为粘滞系数，T为温度，根据η-T关系确定η和T。采用光镊捕获待测颗粒，同样用位移平台控制样品室运动，由受迫运动功率谱校准电压比例系数得到扩散系数，根据已经测定的粘滞系数、温度和Stokes-Einstein关系测量出颗粒粒径。

本发明具体的解决方案为：一种基于光学俘获的颗粒粒径检测方法，该方法的步骤如下：

步骤(1)、构建一套光镊系统作为检测系统，包括俘获光源、各种透镜、高数值孔径物镜、宽带快速位置敏感探测器、照明灯、位移平台和相机；将激光经过扩束镜扩束后由聚焦透镜将光束耦合进入高数值孔径物镜内，位置敏感探测器放置在照明透镜的后焦面的共轭面上，探测光阱中颗粒的布朗运动信号，样品室放置在位移移动平台上，可以通过平台控制样品室作正弦运动；

步骤(2)、将标准尺寸的颗粒与待测颗粒混匀用水稀释混匀注入样品室，光镊捕获标准尺寸颗粒，通过平台控制样品室做正弦运动，通过位置探测器采集标准微粒在光阱中的布朗运动信号；分析运动信号的功率谱信号，该信号包括受限布朗运动时热噪声的洛仑兹线型分布和受迫运动的尖峰；通过位置探测器采集被捕获颗粒的布朗运动信号，其功率谱P(f)与采用频率f之间满足：

P(f)＝P_thermal(f)+P_force(f)，