牛津仪器 Andor Technology 显微光谱解决方案
2016年2月10日

方案一暗场散射
 
研究背景
局域表面等离体共振(LSPR – Localized Surface Plasmon Resonance)是金属中自由电子和光场相互作用,当光的波长(百纳米)远大于金属纳米粒子(纳米)尺度的时候,金属粒子中的自由电子发生集体振荡,此时会产生一些新颖的光学特性。常见LSPR基底材料有:金属胶体,金属纳米棒(颗粒),复合纳米粒子,纳米阵列结构等。
在科研领域,为研究LSPR的光学性能,暗场显微镜成为最简单、常用的实验平台,Andor作为专业生产高性能光谱仪、探测器厂商,先推出暗场散射光谱系统,可与现在市面上主流倒置显微镜品牌完美对接。
 
系统构成
  • 倒置显微镜成像系统
  • 暗场附件
  • 电动位移台
  • 实时成像相机
  • 光谱仪
  • 分析软件
系统步骤(以测试单个金纳米颗粒散射光谱为例)
  • 样品制备:将金纳米粒子在赶紧载玻片上固定,可直接吸附或溶剂固定。
  • 暗场成像:下图是制备后的金纳米粒子在暗场下的发光成像,不同颜色代表不同尺寸的纳米颗粒(下图)

  • 单个粒子选取:将显微镜光路切换到左下出口(光谱仪),利用光谱仪成像,可以在光谱仪中观察到与上图相同粒子成像,选取目标颗粒,并通过位移台将此粒子移到狭缝中心。
  • 单个粒子光谱:利用光谱模式,选取发光点区域并拍摄光谱(下图)。

  • 后期数据处理分析。
系统优势
高度兼容:与四大显微镜厂商兼容,支持Micromanager软件整合。
高灵敏度:Andor科研级光谱仪保证可以探测极弱散射信号。
方便升级:可预留近红外光谱,时间分辨光谱升级,电化学发光等模块。
性价比高:相比专业显微光谱产品节约成本,对特定实验性能依然卓越。
 
系统配置
倒置显微镜(Nikon-Ti或者Olympus IX73系列)
电动载物台
光谱仪(Shamrock193i + Newton 940)
显微镜专用接口适配器
分析软件(Micromanager,Solis)
 
应用前景
LSPR共振光谱跟很多因素有关,纳米粒子的大小,形状,极性方向、电介质环境等等,因此对金属纳米粒子的修饰,或者改变环境都能够改变其共振光谱,可以被广泛应用于生物传感器,生物催化,新材料组装等等。
 
方案二 显微荧光/拉曼解决方案
研究背景
显微光谱,即基于显微成像系统的光谱应用,已在实验室越来越普遍,现已成为生物物理,生命科学,化学材料领域重要分析工具,借助显微系统的优势,可以进一步分析微米甚至纳米尺度的材料信息,在研究微观化,细节化的要求中凸显出其巨大优势。
经典一体式显微光谱系统,价格昂贵,功能相对单一。Andor作为专业生产高性能光谱仪、探测器厂商,现推出显微光谱模块,可以与现有倒置显微镜搭配使用,在不影响显微镜任何功能前提下,实现显微光谱升级。
 
系统构成
  • 样品发光池
  • 光源
  • 倒置显微镜系统
  • 实时成像相机
  • 光谱仪
  • 分析软件
系统应用
A. 显微荧光、电致发光、化学发光、微流体发光、瞬态发光、暗场散射
Andor Shamrock系列光谱仪为1:1成像比的成像光谱仪,光谱仪入口狭缝与出口CCD焦平面共轭,入口狭缝处呈现的像,即为CCD焦平面处呈现的像。将通常配置的显微镜视频口配置相机更换为光谱仪,视频口焦平面与光谱仪入口狭缝平面重合,所以可以从光谱仪CCD相机上直接看到显微镜物镜下样品的图像。将CCD设置到成像模式,通过调节样品载物台,并同时减小狭缝,直至待测样品位于狭缝中间,如再将CCD相机选取为样品发光的那几行,其他行屏蔽,即可对微小区域的样品发光进行光谱采集。最终在同一套光路中采用一台CCD相机实现对样品的成像和光谱分析(如下图)。

对于信号极其微弱的样品信号,要求尽量抑制载玻片的背景发光,比如要求载玻片干净,溶液不发光,减少环境光污染等等,同时搭配高灵敏度光谱仪提高信噪比。
 
B. 显微拉曼-荧光系统
对于显微拉曼,显微激光PL系统,需要引入激光光源,只要在光谱仪和显微镜之间添加显微光谱模块即可,如上图。拉曼散射和荧光系统虽然其发光机制不同,但因其光学系统可以公用,故很多时候测试样品拉曼信号后,也会对样品荧光信号进行测试,来分析分子的化学结构,形态,分子相互作用等。
Andor可提供配合倒置显微镜或者正置显微镜的显微光谱模块,包含了785,532两种激光光源。系统采用45°宽光谱半透半反片的设计方法,最大程度保证了系统的稳定性,减少调节机构。两路激光切换,衰减均为软件控制,接口盒提供的camera用于替代原有的视频口处的camera进行图像采集,如右图所示。高通785,532nm edge filter用于滤除激光,只让荧光信号通过。若将 edge filter,BS和camera移出光路,则系统还原为暗场散射结构A。

系统优势
  • 高度兼容:与四大显微镜厂商兼容,支持Micromanager软件整合。
  • 配置自由:显微镜和光谱仪功能仍然独立,可以“一机两用”。
  • 功能丰富:一套设备可以完成多种微区光谱测试。
  • 方便升级:可预留近红外光谱,时间分辨光谱升级,宏观样品检测。
  • 性价比高:相比专业显微光谱产品节约成本,对特定实验性能依然卓越。
系统配置
扩展功能
  • 配置ICCD和脉冲激光器,可实现脉冲拉曼,时间分辨光谱等。
  • 配置IGA探测器,可实现800-1700nm显微光谱。
  • 荧光寿命:TCSPC
  • 原位样品室:高低温真空样品室,磁场,探针台等。
牛津仪器将继续以支持中国科学研究发展为己任,为中国广大科研人员提供高性能、高可靠性的Andor相关设备;同时牛津仪器的服务团队也可以为用户提供系列服务套餐,包括配件和耗材、延保合同、产品培训、服务维修和技术支持。
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