纳米等离子体传感分析仪

近日，格拉茨技术大学相关团队提出了基于聚焦电子束诱导沉积（Focused Electron Beam Induced Deposition，FEBID）方法制备具有准确纳米尺度3D几何结构的等离子体纳米结构。同时，作者通过FusionScope多功能显微镜和透射电镜（TEM）对相应的3D纳米结构进行了原位几何尺寸的表征。然后，使用扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱仪（STEM-EELS）对所制备的3D纳米结构的等离子性能进行表征。所测量的结果与相关模拟计算结果相比，两者结果相互吻合，证明了通过FEBID的方法制备3D等离子体纳米结构的可行性。相关工作以《Spectral Tuning of Plasmonic Activity in 3D Nanostructures via High-Precision Nano-Printing》为题在SCI期刊《Advanced Functional Materials》上发表。

表面等离子体共振（SPR）光谱以及对应的局部表面等离子体共振（LSPR）光谱，已被认为是标记化学和生物传感以及纳米结构表征的宝贵工具。SPR光谱学常见的应用是在生物传感领域，尤其是键和力的研究，例如抗体-抗原相互作用。 另一方面，LSPR光谱主要用作痕量分子检测的信号增强技术。

本研究提出了一种有效制备金纳米颗粒的方法，其策略为将离子液体（ILs）作为捕获介质并与电弧等离子体沉积技术相结合。这种方法不需要化学反应。通过选择离子液体，可以对金纳米颗粒的粒径进行有效地调控，并可以方便地实现宏量制备。

纳米技术是一个快速发展的新兴领域，其发展和前景也给科学家和工程师们带来了许多巨大的挑战。纳米颗粒正在被应用于众多材料和产品之中，如涂料（用于塑料、玻璃和布料等）、遮光剂、抗菌绷带和服装、MRI 造影剂、生物医学元素标签和燃料添加剂等等。然而，纳米颗粒的元素组成、颗粒数量、粒径和粒径分布的同步快速表征同样也是难题。对于无机纳米颗粒，最为满足上述特点的技术就是在单颗粒模式下应用电感耦合等离子体质谱分析法（ICP-MS）。使用ICP-MS 分析单纳米颗粒时，需要采用有别于溶解元素测量的另一种不同方式。本文介绍了单颗粒ICP-MS 测量背后的理论，并通过溶解态元素的分析进行比较，提出差异。

在其他气体和纳米颗粒被引入到等离子体腔室时，可以使用Ocean HDX光谱仪测量氩等离子体的发射变化。在封闭反应室中的等离子体的光谱数据，将通过光谱仪，光纤和余弦校正器从腔室外的小窗口收集的发射光谱而得到。Ocean HDX光谱仪为UV-Vis配置，采用400μ m抗老化的光纤耦合余弦校正器进行采样。选择抗老化光纤是为了避免由等离子体的强UV光引起的光纤内涂层降解。选择余弦校正器从等离子腔室获取数据可解决等离子体强度的差异和测量窗口的不均匀结垢。准直透镜也可作为等离子体监测测量中余弦校正器的常用备选方案。

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种物理光学现象，SPR 技术已经成为当今科学研究的重要手段，在生物学检测、临床诊断与遗传分析、食品工业及环境监测等领域都有着关键的应用。SPR 传感器是表面等离子体共振仪中的核心部件，常见的传感器结构有棱镜耦合型、光纤型及光栅型三种，其中，棱镜耦合方式的传感结构简单，应用广泛。

提供等离子体原子层刻蚀实现无损伤刻蚀。原子层蚀刻（ALE）是一种技术允许每次精确除去一个原子层，是使用常规刻蚀无法达到的控制水平。 牛津仪器的设备和工艺已通过充分验证，正常运转时间可达90%以上，一旦设备安装完毕，可立即投入使用。PlasmaPro 100系列市场应用广，包括但不限于： MEMS和传感器、光电子、分立元器件和纳米技术。它具有足够的灵活性，可用于研究和开发，通过打造质量满足生产需求。

纳米线广泛应用于电子领域。通常用于晶体管，并在效率方面有巨大优势，因为它们的高纵横比可以很好地控制通道电流。纳米线在用作蛋白质和化学传感器时也被广泛研究。通过改进和开发新的制造方法，研究人员正在探索更新更高效的基于纳米线的气体传感器。在这篇博客中，讨论扫描电镜如何帮助表征纳米线和了解其气体感知行为。

在美国，生物燃料的生产主要是用玉米生产乙醇和用大豆生产生物柴油。生物柴油可从任何含有油和动物脂肪的植物或植物材料中提炼出来。ASTM D6751用于用于中间馏分燃料的生物柴油燃料的混合原料标准规范详细描述了使用生物柴油作为中间馏分燃料的混合组成部分的一些要求。PerkinElmer有一些使用电感耦合等离子体发射光谱法分析生物柴油的早期的论文，本项工作主要目的在于新的Optima 8000平板等离子体技术的电感耦合等离子体发射光谱仪的应用。Optima 8x00电感耦合等离子体发射光谱仪系列采用新的平板等离子体技术。平板等离子体技术利用平板感应板产生等离子体，紧凑，致密和强大。平板系统产生一个平底的等离子体，减少样品和蒸气逃脱到等离子体周围以外的区域，使有机样品分析更容易。

单壁碳纳米管（SWCNTs）被用于高分子基体材料中时可赋予材料独特的机械、热和电性能1。由于其高导电性能和大表面积的特性而被用于制备导电高分子复合物、薄膜、改进型锂离子电池和超级电容。独特的光学性能使其可用作显示器、太阳能电池和新兴固态照明技术的电极。有些SWCNT品种具有半导体特性而适用于逻辑器件、非易失性存储单元、传感器和防盗标签领域2。制造SWCNT的不同方法得到的是碳同素异形体和其它生产产品的混合物。热重分析仪（TGA）已被证明是一种表征这类混合物的有用工具，这种方法通过在空气气氛下以5?C/min的加热速度来分析样品的重量损失。

伴随着工程纳米材料在各个不同产品和过程的使用不断增加，人们开始对纳米粒子（ENPs）的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。当研究如何准确测定植物吸收的单颗粒ENPs时，样品制备成该研究的最大的挑战。目前的样品制备技术局限性在于，一旦纳米颗粒ENPs进入植物组织它的浓度及特性就不受控制，因为它们是主要依靠酸来溶解的。这种技术的缺陷我们可以通过仔细选择纳米颗粒ENPs提取执行分析程序来避免。单颗粒等离子体技术允许大量样品的快速分析，同时获得粒度、产量、浓度和粒度分布等信息。这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒ENPs的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。

HORIBA CN-300 离心式纳米粒度分析仪通过记录颗粒到达检测器的所需时间计算颗粒大小，显著提升了仪器的表征复杂样品的能力，可帮助解决粒度分析难题。

生物体内的微量元素具有十分重要的生物功能，也与许多疾病密切相关。现代生物医学的研究亟需能在组织、细胞等不同水平上原位分析生物样品中微量元素的分析方法。本研究建立了激光剥蚀－电感耦合等离子体质谱（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）原位分析生物样品的方法。采用线扫描模式和较小的激光输出能量（＜1 Ｊ／ ｃｍ2），得到了鼠脑切片和金纳米颗粒暴露后单细胞的金属元素成像图。ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ 具有空间分辨率高、检出限好、运行成本较低等优势，有望在生物医学研究中得到更广泛的应用，发挥更重要的作用。

在相邻电极的脉冲电子束产生的氩和氧的等离子体中，测量时间分辨离子的流量和能量分布。氩离子和氧离子的能量和流量的时间变化，是跟等离子体的电子温度和离子密度相关的。氧等离子体的延迟时间要比氩的短。这可以通过分析各种离子的损失机理来推断。

汞纳米颗粒 (Hg-NPs) 在自然界中无处不在。然而，现有研究资料缺乏 Hg-NPs 在土壤中的颗粒浓度数据，影响了对其进行可靠的环境健康安全风险评估。这主要是由于环境中汞的浓度较低，而且土壤的诸多组分干扰了分析工作。本研究采用单颗粒电感耦合等离子体质谱 (spICP-MS) 技术，建立了一种用于提取和定量不同性质的土壤中 Hg-NPs 的标准方法。利用该方法可以快速有效地测定土壤中的 Hg-NPs，帮助研究人员更好地理解汞的生物化学地球循环，特别是了解和控制 Hg-NPs 的甲基化过程。

随着纳米颗粒兴趣的增加，各种测试方法正被应用。采用单颗粒模式电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS）分析金属纳米粒子成为最有前途的技术之一。由于其高灵敏度、易用性和分析速度快等特点，ICP-MS是一种理想的技术，用于检测纳米颗粒的特性：无机成分、浓度、尺寸大小、粒度分布和聚集等。ICP-MS分析挑战之一为干扰导致错误的分析结果。然而，这并非是一个问题，因为迄今为止大多数SP-ICP-MS应用均没有涉及到基体干扰或常规光谱干扰问题。例如，金和银纳米粒子在工业中应用较广，未受到常规干扰。另外，大多数纳米颗粒存在简单基体中，该基体几乎不产生干扰。随着纳米技术领域的拓展，分析需求增加，尤其是需要测定纳米颗粒中受干扰的元素，如扩展为其它受干扰的金属纳米粒子，如钛，铬，锌或硅。例如，由于零价铁纳米（ZVI）颗粒具有独特的化学特性和相对大的比表面积，使之更广泛应用于环境修复项目中。由于他们独特的性质，ZVI纳米粒子具有以下作用：去除有机溶剂中氯，转化肥料中有害化合物，降解杀虫剂和固定金属。然而，为监测ZVI颗粒，铁需被测定，因为存在基于等离子体产生的信号ArO+对同样质量数（56）铁的最高丰度同位素（56Fe+丰度91.72%）形成严重干扰。消除这种干扰的最有效方式是采用氨气作为反应气的反应模式ICP-MS。至今为止，已有的大多数SP-ICP-MS报道聚焦于无干扰的纳米粒子，而这种反应模式SP-ICP-MS还未被广泛使用。本工作将专注于证明在反应模式SP-ICP-MS下，NexION通用池技术应用于测定纳米粒子。

使用ICP-MS测量硅（Si）富有挑战性。等离子体中形成的14N2+和12C16O+ 多原子离子，与丰度最高的Si同位素（28Si 92 %丰度）的m/z相同。因此，当多原子离子未被去除时（标准模式下），m/z 28处的背景等效浓度非常高。它抑制了低水平Si的测定，让SiO2纳米颗粒的检测变得更加困难。此外，Si的电离势相对较高，其电离也更具挑战性，导致其强度低于其它易电离的元素，如Na。然而，如果能提高信背比（S/B），就有可能检测到更小的SiO2纳米颗粒。在之前的应用报告中，2我们介绍过100 nm SiO2纳米颗粒标准品可以使用SP-ICP-MS进行分析，且无需去除干扰（标准模式下）。然而，如果能在反应模式下去除干扰，预期能精准测量更小的SiO2纳米颗粒。本工作将讨论在反应模式下，通过SP-ICP-MS检测、测量和表征SiO2纳米颗粒的能力。

近些年来，纳米颗粒材料被越来越广泛的应用于衣食住行等各领域内，由此带来的潜在的纳米颗粒污染问题，逐渐引起了人们的重视。单颗粒电感耦合等离子体质谱（spICP-MS）技术是近年来发展起来的可用于进行纳米颗粒表征的方法。使用此方法，可实现一次进样同时完成颗粒粒径、数量浓度、元素含量及粒径分布的分析。

将氧化铁纳米粒子与银纳米粒子、金纳米粒子、银磁铁矿和金磁铁矿分别通过内吞作用引入到成纤维细胞中，形成多功能复合纳米粒子。含有无毒纳米粒子的细胞在外部磁场中是可置换的，可以在微流控通道中进行操作。在表面增强拉曼散射(SERS)映射、激光消融电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微研磨和低温软x射线断层扫描(cryo soft- xrt)的基础上，得到了内体系统中复合纳米结构的分布。完整的玻璃化细胞冷冻软x光检查显示复合纳米粒子包裹体形成内聚体。纳米粒子提供了内质网环境中表面生物分子组成的SERS信号。SERS数据表明，纳米粒子在内质粒和溶酶体的恶劣环境中具有较高的稳定性和等离子体性质。该光谱指向银磁铁矿和金磁铁矿纳米结构表面的分子组成，与其他复合结构非常相似，但不同于研究细胞内纯银和金SERS纳米组成所得到的结构。由LA-ICP-MS数据可知，磁铁矿复合材料的吸附效率大约是纯金、银纳米颗粒的2 - 3倍。

纳米材料的分析，应该包括其组成和大小的表征。许多技术可以检测纳米大小的颗粒，但还不能提供有关粒子组成的信息，并且比较耗费时间和成本。但是，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）具有多元素同时分析的能力，检出限低且动态范围宽，这使得它非常适合用于无机工程纳米颗粒（ENPs）的测量。虽然可以使用ICP-MS直接获得纳米粒子相关的元素的浓度，而有关ENPs特征的更多信息可以通过耦合一个按粒子大小分离的步骤在进行ICP-MS分析之前优先进行分析。此应用程序中最常用的大小分离技术是场流分离（FFF）技术。由此产生的FFF-ICP-MS的联用技术可以提供十亿分之一数量级水平的纳米粒子的分离，检测和成分分析的能力。这对纳米材料的环境学调查是至关重要的。而且，相似的场流条件需要ICP-MS和FFF的接口相对简单。

在相邻电极的脉冲电子束产生的氩和氧的等离子体中，测量时间分辨离子的流量和能量分布。氩离子和氧离子的能量和流量的时间变化，是跟等离子体的电子温度和离子密度相关的。氧等离子体的延迟时间要比氩的短。这可以通过分析各种离子的损失机理来推断。

纳米技术及其潜在应用在临床研究中的快速发展，引起了纳米粒子（NPs）对人类健康方面负面影响的顾虑。小尺寸的纳米粒子由于其单位体积里具有更大的表面积而意味着具有增强的反应性。在这种属性可以加强预期效果的同时，也有引入新的、未知的有害的影响的可能性。两种金属纳米粒子--金和银粒子，金粒子由于其具有高化学稳定性、易于控制颗粒大小和实现表面功能化被广泛应用于研究，银粒子具有抗菌效果经常被用于伤口灭菌、医学部件和假体涂层，以及商品化的纺织品、化妆品和日用商品2。由此，越来越多的银纳米粒子将经过绷带或医疗部件被引入开放性创口，直至迁移进入血液循环系统。近期的论文已经开始考虑纳米粒子被暴露性接触的器官直接吸收，并经由血液系统至第二级器官，例如中枢神经系统，可能影响到胚胎神经前驱细胞的生长特性3。因此，科研人员需要检测和测量血中纳米粒子的分析方法。本文研究了单粒子ICP-MS(SP-ICP-MS)测定血中金和银纳米粒子的分析能力。

纳米 SiO2 材料的应用范围的不断扩展引发了对其环境和健康危害性的关注，这种需求促生了用于 SiO2 纳米材料直接测定和表征的新方法的开发，虽然 SP-ICP-MS 技术已经确认是可用于纳米颗粒物浓度和粒径的直接表征方法，但是由于 Si 元素在质谱测定中会面临的强质谱重叠干扰，传统单级质谱存在定量难度，本文利用 Agilent 8800 ICP-MS/MS 串联质谱的强干扰消除能力，实现了 Si 元素的无干扰测定，从而完成了使用 SP-ICP-MS/MS 对 SiO2 纳米材料的直接表征。

在西方国家，顺铂，卡铂和奥沙利铂是使用最广泛的铂类癌症化疗药物。卡铂的有效性是由于其可以与DNA结合从而导致DNA- 铂（Pt）加合物的形成，但这也会造成DNA 的弯曲。因此在化疗后细胞必须修复DNA损伤，否则DNA复制受阻会导致细胞死亡。许多癌症患者最初对基于铂类的治疗比较敏感，但一段时间后，患者通常对顺铂治疗表现出耐药性，导致了癌症的复发。顺铂耐药性归因于三种主要的分子机制：DNA 修复的加速，胞浆失活的加速和细胞摄取药物能力的变化。其中，细胞摄取药物能力的变化主要表现在细胞对顺铂的摄入能力降低或者顺铂转运的加速。细胞内顺铂的摄入与肿瘤负荷相关，也就是说肿瘤对顺铂反应降低会导致细胞内顺铂的含量降低。所以，分析单个细胞水平对顺铂的摄入和分布对于评估治疗的有效性具有非常重要的意义。过多顺铂进入细胞内会增加DNA 损伤和细胞死亡的频率。了解细胞对顺铂的摄入将能为新疗法的开发提供参考，以提高肿瘤对顺铂的敏感性。传统方法的缺陷在于铂的浓度只反映整体细胞群内的浓度而不是个体细胞内的浓度。因此，顺铂摄入在个体细胞之间的分布和差异无法通过传统方法体现。实际上，细胞对顺铂的摄入最有可能根据个体有很大差异，但至今还没有有效的方法来评估。本文介绍了一种全新的技术，可对金属在单一细胞水平上进行定量：单细胞电感耦合等离子体质谱 (SCICP-MS)。SC-ICP-MS 是以单颗粒电感耦合等离子体质谱（SP-ICP-MS）技术为基础，后者能够在溶液中对纳米粒子进行评估与定量。两种技术都基于测量单个细胞（或单个纳米颗粒）在进入等离子体时产生的离散信号的原理。每个细胞中的金属成分离子化，产生离子流，检测器以每秒100000 数据点的速度快速对信号采集测量，从而使得单个细胞中的金属含量能被定量到阿克（ag）/ 每细胞的水平。相比测量细胞内顺铂摄入的传统方法，SC-ICP-MS 所得结果的信息量更加全面。

在生物制药领域，潜伏着一批极其细小的“颗粒”，这些小的颗粒，虽然身材瘦小，但身体里却蕴含着巨大的能量。一个小小的蛋白分子，却有着世界上任何一台精密仪器都不具备的复杂结构和表达能力；一个小的病毒或者疫苗分子，虽然结构看似极为简单，但却有着惊人的复制或者免疫的能力；一个小小的脂质体分子，其双分子层结构却成为某些药物的载体。可以这么说，不论是蛋白病毒分子，还是脂质体/乳制剂，又或者是外泌体/量子点，这些小的颗粒活跃在生物制药各个领域。然而这些纳米级的微观颗粒都非常小，如何准确测试这些颗粒的大小就成为了一个大的挑战。方法：采用丹东百特 Bettersize90 激光粒度分析仪。

细胞对暴露的纳米颗粒反应在各种环境中都是必不可少的，尤其是在纳米毒性和纳米医学中。这里,14纳米金纳米粒子在3T3成纤维细胞在一系列脉冲追踪实验研究了30分钟孵化脉冲和追逐时间从15分钟到48小时。里面的金纳米粒子及其聚合量化细胞超微结构的激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法，可以用于评估表面增强拉曼散射(SERS)信号。通过这种方法，可以分别获得它们在微米尺度上的定位信息和它们的分子纳米环境，并且可以将它们联系起来。因此，纳米颗粒从细胞内摄取、细胞内加工到细胞分裂的路径是可以遵循的。结果表明，细胞内纳米粒子及其积聚和聚集支持高SERS信号的能力与纳米粒子的数量和高局部纳米粒子密度没有直接关系。SERS数据表明，细胞内聚集的几何形状和粒间距离必须在内体成熟过程中发生变化，并对特定的金纳米粒子类型起关键作用，才能成为高效的SERS纳米探针。这一发现得到了TEM图像的支持，它只显示了一小部分具有小颗粒间距的团聚体。经过不同的捕集时间后得到的SERS光谱显示，金纳米粒子内体加工后，其生物分子电晕的组成和/或结构发生了变化。

过去二十年中，随着工程纳米材料（ENMs）产量和使用量迅速增加，它们向环境中释放带来了潜在危害。因此，研究他们对环境影响至关重要。对环境中工程纳米材料进行合适的生态危害评价和管理，需要对工程纳米材料准确定量暴露和影响1，最理想方式通过原位分析并给出物理化学特性。然而，由于环境介质中纳米粒子浓度非常低，大多数分析技术并非适合2。最近出版了关于自然新鲜水和合成复杂水样中金属纳米粒子的持久性、聚合和溶解性的研究3-7。一直以来，颗粒尺寸采用色散光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）测量颗粒尺寸，而溶解量采用超滤测定。这些常规技术对测定复杂水体中存在低浓度的胶体形态非常有限。另外，单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）被公认为一种定量和定性低浓度的金属纳米粒子最有前途的方法8-10。相对目前方法，SP-ICP-MS可快速有效并提供更多信息的技术。它能够测定颗粒尺寸分布、颗粒数量浓度、溶解金属比例等。而且，它能够区分不同元素粒子。SP-ICP-MS原理基于测量一个单粒子产生的信号强度。悬浮纳米粒子必须有效稀释，以确保一次只有一个单颗粒到达等离子体中，然后被原子化和离子化，产生相对高信号强度，在一个脉冲中被检测出。如果在颗粒悬浮物包含相同可溶性的元素，该元素将产生一个连续不变信号，形成均一分布的结果。Duegeldre11-15首次采用理论方法处理了自然金属胶体的信号强度与时间关系记录图，随后Laborda等16,17支持了该方法。本工作使用珀金埃尔默NexION 350X ICP-MS和纳米应用Syngistix TM模块软件测定和定性环境水体中金属纳米粒子。

要研究纳米颗粒（ENPs）对环境的影响，就必须探索纳米颗粒（ENPs）如何通过在水和土壤中的迁徙而被植物吸收的。如果纳米颗粒ENPs最终为食品作物所吸收，那么人类就直接面临ENPs释放造成的影响。研究团队研究的是如何准确测定植物吸收的单颗粒ENPs，在具体实验过程中，样品制备成该研究的最大的挑战。就我们所知，目前的样品制备技术局限性在于，一旦纳米颗粒ENPs进入植物组织它的浓度及特性就不受控制，因为它们是主要依靠酸来溶解的。该技术的缺陷可以通过甄选合适的提取方法并结合单颗粒ICPMS（SP-ICP-MS）技术来避免，SP-ICP-MS可最大程度保留颗粒尺寸信息，并在短时间内分析大量样品。同时获得粒度、浓度和粒度分布等信息。?这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒ENPs的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。一旦这些步骤可以确定可行，那么它们都会被用于西红柿摄取金（Au）纳米颗粒含量的测定，这里介绍的内容有更加深入的研究可见参考文献。

普通纸张由于表面粗糙度大，使用前需进一步对其表面进行处理，使得制备过程过于繁琐，且不具备透明的特性。所以，我们改进工艺，使用TRILOS超高压纳米均质机来制备纳米纤维素，然后由其制备出纳米透明纸，印刷出气敏传感器。

针对各种微纳卫星电热等离子体微推进器，以口袋火箭这种工作在0.1～10torr低气压范围内的微推进器为例，分析了不同工质气体和不同低气压对羽流特征所产生的影响，说明了低气压精确控制的重要性。关于推进器低气压精确控制这一技术问题，本文详细介绍了具体实施方法，进行了考核试验，试验结果证明低气压控制波动度可以达到± 1%以内。最终本文对测试方法进行了优化，提出了更实用化的全量程低气压精确控制技术方案。