暗场中的明星：金属纳米粒子的暗场散射及应用

 暗场显微镜实际上是采用暗视野照明法的显微镜，是一种通过观察样品受侧向光照射时所产生的散射光来分辨样品细节的特殊显微镜。在明场照射下，由于照射光源直接进入物镜，导致对于样品本身细微结构的散射光无法分辨。而暗场显微镜可使入射光不进入观察视野，便于观察到物体本身的散射光。这个道理就如从同在日常生活中，室内飞扬的微粒灰尘是不易被看见的，但在暗的房间中若有一束光线从门缝斜射进来，灰尘便粒粒可见。

一般来说暗场显微镜与一般的明视野显微镜相比主要在于多了一个暗场环的设计，使光线只能从暗场环的四周未遮挡的部位斜射到载玻片的标本上。由于入射光线的入射角大于收集物镜的收集角，产生暗的背景。暗场显微镜主要有透射式和反射式暗场两种模式，透射式暗场显微镜通过暗场环来实现，而反射式则通过带有暗场环的显微镜头实现（图1）。

图1. 透射模式和反射模式的暗场显微镜示意图^[1]

在暗场显微镜下可以观测到许多明场显微镜不易观察的样品，例如未染色的组织标本等。而金属纳米粒子由于具有局部表面等离子共振（LSPR）效应，其散射光可以直接通过暗场显微镜观测到。金属纳米粒子的LSRP受到形貌、尺寸以及周围环境等多个因素的影响，在暗场显微镜视野下显示出不同的颜色。从20 nm-90 nm不同尺寸的银纳米粒子会显示由蓝紫，蓝，绿，红的散射光（图2）。由于金属纳米粒子的散射截面非常大，一个约80 nm的金属纳米粒子所散射的光相当于5百万单个荧光分子所产生的光强度，要比100 nm的荧光微球强1000倍，比一个量子点强10⁵倍^[2]。因此可以通过暗场显微镜追踪单个金属纳米粒子与细胞的相互作用，以及纳米粒子进入细胞的机制。纳米金的暗场散射还被创新地应用于联合酶催化共同实现病理组织的免疫组化检测，可望发展出定量病理检测新技术。

图2. 暗场显微镜下不同尺寸银纳米粒子展现不同的颜色（从蓝紫色到红色）^[2]

图3 纳米金增强的暗场免疫组化定量检测^[3]

参考文献

[1] http://www.olympusmicro.com.

[2] Kyriacous S. V., Brownlow W.J., Xu X. H. N., Using Nanoparticle Optics Assay for Direct Observation of the Function of Antimicrobial Agents in Single Live Bacterial Cells. Biochemistry, 2004, 43, 140-147.

[3] Lin Fan , Yanyan Tian, Rong Yin, Doudou Lou, Xizhi Zhang, Meng Wang, Ming Ma, Shouhua Luo, Suyi Li, Ning Gu and Yu Zhang, Enzyme Catalysis Enhanced Dark-field Imaging as a Novel Immunohistochemical Method, Nanoscale 2016, 8(16), 8553-8558.

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