[发明专利]基于太赫兹光谱成像的植物体内纳米颗粒分布检测方法

说明书

本发明涉及一种基于太赫兹光谱成像的植物体内纳米颗粒分布检测方法，属于太赫兹光谱成像检测应用领域。该方法包括：S1：利用太赫兹光谱成像技术，检测分析纳米颗粒水溶液光谱特征；S2：利用太赫兹光谱成像技术，检测分析存在纳米颗粒的细胞模型光谱特征；S3：建立受试植株模型，利用太赫兹光谱成像技术检测分析，确定受试植株模型中与纳米颗粒分布相关的太赫兹光谱特征；S4：实际样检测验证反馈改进。本发明可实现在体无标记无损检测。

技术领域

本发明属于太赫兹光谱成像检测应用领域，涉及一种基于太赫兹光谱成像技术的植物体内纳米颗粒分布检测方法。

背景技术

在农业领域，纳米材料可作为载体对农药化合物进行负载和包覆，有效防止所载农药受环境中pH、温度等因素的刺激而发生降解，具有较大研究价值和应用潜力。然而，农药有效成分被纳米材料负载后形成了一种新的载药颗粒，可能会对靶标作物生长带来与传统制剂不同的影响。这一问题是制约农药纳米化新型技术发展与应用的核心科学问题，也是新型农药制剂能否落地的关键。

纳米农业仍处于萌芽阶段，如果可以恰如其分地理解纳米材料与植物之间的基本相互作用及机制，那么纳米农业未来可期。目前基于纳米材料递送生物分子植物体系的大部分研究重在评价最后功效，相对而言，纳米材料与植物组织及细胞的相互作用、纳米材料在植物中的运输、转运和摄取机制研究极少。

与此同时，纳米材料能通过食物链中的营养转移富集，造成毒理影响。且目前土壤环境中纳米材料的种类和数量逐年增加。研究多种纳米材料对土壤生物的复合毒性效应和长期毒性效应是未来需要研究的重要方向。其中，检测纳米材料在植株中的分布是重要的实验基础。

荧光显微镜及电子显微镜技术是目前观察纳米材料在植株体内分布的主要手段。无法无标记无损检测，进而无法动态监测。

太赫兹(THz，1THz＝1×10¹²Hz)是电磁波谱中介于红外与微波之间的，频率范围为0.1-10THz的电磁波，对应的波长为3mm-30μm，光子能量为0.41meV-41meV。从理论上来讲，THz的能量范围与生物分子骨架的振动以及官能团的扭动和转动的能量有很大交叠；同时生物分子相互作用过程中所涉及的氢键和范德华作用也落在THz能量范围，因此生物样品对THz有很好的响应，可以利用THz技术在无标记的条件下无损、方便地获得生物样品丰富的化学成分、物理性质及结构信息，揭示现有其它光学技术(如红外、拉曼、荧光、X-射线等)无法或难以获取的样品信息。

目前，在农业领域，太赫兹技术主要用于水含量定性定量研究。利用水对太赫兹波吸收性强的特性，在成像过程中水就如同造影剂一般，样本中含水量的细微差别，在太赫兹频段检测中就可以出现明显不同。但同时，生物体内的含水量可达70％，植物体更高。含水量差异是太赫兹成像的主要区别机制，但水分子对太赫兹波的高吸收也会导致最终对比度降低。

太赫兹成像纳米造影剂概念，证实可以通过功能纳米粒子有效提高生物活体太赫兹成像的对比度。太赫兹成像中使用的第一种造影剂是金纳米棒(GNR)。由于它们能够接受生物结合过程和局部表面等离子体共振(LSPR)波长周围的强散射，因此它们是太赫兹医学成像中制造造影剂最常用的金属。通常，用近红外(NIR)激光照射的GNR可以激发表面等离子体激元(SPP)，从而提高附近水分子的温度和THz信号增强。在近红外激光照射下，GNRs样品中反射的太赫兹波形的振幅增加，而反射信号随着激光强度和照射时间的增加而增加。

氧化钆(Gd2O3)纳米颗粒最初被认为是一种适用于MRI的造影剂，也被报道为太赫兹成像中有用的造影剂。使用不同于热疗效应的机制，太赫兹波与Gd2O3纳米颗粒的相互作用比与水的相互作用更强，吸收率高出三级，因此适用于太赫兹医学成像。Gd2O3纳米颗粒的功率吸收与其频率和浓度成正比。