背景

Denis Boudreau 博士在魁北克拉瓦爾大學(xué)的研究重點(diǎn)是發(fā)光和等離子體納米材料合成、分子電子/振動(dòng)光譜以及生物、環(huán)境和工業(yè)傳感應(yīng)用的光學(xué)傳感器設(shè)計(jì)之間的界面。

他的研究小組在研究中使用穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨熒光和等離子體增強(qiáng)熒光光譜、拉曼和表面增強(qiáng)拉曼光譜以及暗場(chǎng)/落射熒光成像。

該小組的 FERGIE(IsoPlane 81 的前一版本)促進(jìn)的研究項(xiàng)目包括 (1) 用于生物傳感器設(shè)計(jì)的等離子體納米顆粒的合成和表征，(2) 用于體外和體內(nèi)生物傳感的基于光波導(dǎo)的光學(xué)探針，以及 (3)代謝生物標(biāo)志物的表面增強(qiáng)拉曼光譜測(cè)定。

圖 1：(A) 顯示了金納米星涂層基底上膽酸 SERS 光譜的光場(chǎng)屏幕截圖，其中使用 FERGIE 通過光纖與實(shí)驗(yàn)室制造的共焦拉曼顯微鏡耦合收集數(shù)據(jù)。該實(shí)驗(yàn)裝置可在 (B) 中看到，用于通過 SERS 識(shí)別代謝標(biāo)記。

挑戰(zhàn)

Boudreau 博士研究小組專門研究的挑戰(zhàn)之一是發(fā)光納米顆粒的合成。這些納米顆粒由涂有同心介電層的等離子體核心組成，其中摻雜有對(duì)各種物理和化學(xué)刺激敏感的熒光團(tuán)。由于粒子的物理參數(shù)影響發(fā)光行為，研究人員使用單粒子光譜學(xué)來(lái)建立設(shè)計(jì)規(guī)則，從而產(chǎn)生具有最佳性能的納米結(jié)構(gòu)。

研究人員關(guān)注的另一個(gè)挑戰(zhàn)是對(duì)關(guān)鍵細(xì)胞代謝物的進(jìn)化進(jìn)行成像。研究小組合成的相同的發(fā)光等離子體納米材料也被嫁接在用于遠(yuǎn)程化學(xué)/生物傳感的定制光纖的尖端上。這將允許監(jiān)測(cè)植物的水處理以及模型動(dòng)物的體內(nèi)分子傳感。

Boudreau 博士的小組還與其他研究小組合作開發(fā)基于等離子體納米材料和表面增強(qiáng)拉曼光譜 (SERS) 的方法，用于細(xì)胞代謝標(biāo)記物的原位識(shí)別和定量。應(yīng)用包括研究浮游植物對(duì)全球氣候變化的適應(yīng)(與 U. Laval 的 C. Lovejoy 博士和蒙特利爾大學(xué)的 JF Masson 合作)以及腸道微生物群中膽酸衍生物的體內(nèi)監(jiān)測(cè)(O. Barbier 、A. Marette、R. Vallée、U. Laval)。FERGIE 可以輕松地與光學(xué)裝置(自由空間或通過光纖)耦合，使得[單粒子熒光和散射數(shù)據(jù)]變得非常容易。

解決方案

Boudreau 博士的研究小組使用 FERGIE(IsoPlane 81 的先前版本)以及定制的共焦顯微鏡來(lái)收集所制造的發(fā)光等離子體納米粒子的單粒子熒光數(shù)據(jù)和散射數(shù)據(jù)。然后將其與電子顯微鏡數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以充分表征納米顆粒。由于 FERGIE 可以耦合到光學(xué)裝置，因此研究人員可以輕松地通過自由空間或光纖進(jìn)行耦合以獲得這些測(cè)量結(jié)果。

FERGIE 系統(tǒng)的高靈敏度和多通道功能使 Boudreau 博士的研究小組能夠同時(shí)捕獲光纖尖端多個(gè)物種選擇性分子探針發(fā)出的任何光，光纖尖端接枝了發(fā)光等離子體納米材料。由于 FERGIE 能夠在成像模式之間輕松切換，研究小組發(fā)現(xiàn)它是一種有用的工具，可以從一個(gè)系統(tǒng)獲得多種測(cè)量結(jié)果，只需幾分鐘即可在顯微鏡、微流體流動(dòng)室和連接光纖傳感器之間切換。

審核編輯 黃宇