光學(xué)顯微鏡表征磁性微粒靶向移動(dòng)的可視化教學(xué)研究

李曉舟 王 林 廖仁梅

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 陜西 咸陽(yáng) 712100）

0 引言

光學(xué)顯微鏡是一種用來(lái)觀察微觀世界的有效和必備的工具[1]，相比電子顯微鏡更加廉價(jià)，且觀測(cè)樣品不需真空環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)原位觀測(cè)[2]，如溶液中顆粒的流動(dòng)行為。傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡是通過(guò)目測(cè)樣品獲取信息的，無(wú)法準(zhǔn)確描述樣品的尺寸、形貌等重要數(shù)據(jù)，且無(wú)法獲取顯微鏡照片。隨著數(shù)碼成像技術(shù)的發(fā)展，電子目鏡[3]應(yīng)運(yùn)而生。電子目鏡是針對(duì)光學(xué)顯微鏡配置的一種可將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信息的目鏡，常用CMOS圖像傳感器，它可以捕獲顯微鏡觀察到的圖像信息并以圖片的形式存入電腦，通過(guò)相關(guān)軟件(如Photoshop)根據(jù)標(biāo)尺計(jì)算樣品的尺寸、形貌等。配有電子目鏡的光學(xué)顯微鏡在可視化教學(xué)[4]與科研[5]當(dāng)中日益重要。

本文利用配有電子目鏡的光學(xué)顯微鏡，研究磁性微粒的尺寸和聚集體形貌，并研究了其在溶液中靶向移動(dòng)的規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

XSP02型光學(xué)顯微鏡，130萬(wàn)像素的電子目鏡，永磁鐵。Fe3O4@SiO2磁性微球參考文獻(xiàn)[6]制備，磁分離后分散在去離子水中。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

光學(xué)顯微鏡和電子目鏡按照說(shuō)明書(shū)安裝調(diào)試，電子目鏡通過(guò)usb線接入電腦，圖像捕獲軟件為minisee1.1.2，使用前先安裝到電腦中。樣品滴在載玻片表面，輕輕蓋上蓋玻片，置于10×目鏡下，運(yùn)行minisee軟件，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)焦旋鈕使圖像在顯示器上更加清晰，捕獲圖像并保存至指定文件夾。將永磁鐵置于樣品一端，迅速選擇連拍模式，拍攝間隔1s，連續(xù)捕獲圖像并保存至指定文件夾。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖1 水溶液中Fe3O4@SiO2磁性微球的顯微鏡照片

圖1為Fe3O4@SiO2磁性微球在水溶液中的靜態(tài)顯微鏡照片，由圖可見(jiàn)微球的球狀形貌非常規(guī)整，利用Photoshop7.0計(jì)算微球的平均尺寸為～1.08μm，少數(shù)微球形成聚集形態(tài)。由于光學(xué)顯微鏡自身的限制，即可見(jiàn)光發(fā)生散射或衍射，測(cè)量結(jié)果可能比實(shí)際尺寸偏大。

圖2 水溶液中Fe3O4@SiO2磁性微球的磁靶向移動(dòng)過(guò)程的顯微鏡照片

圖2為Fe3O4@SiO2磁性微球在外加磁場(chǎng)作用下靶向移動(dòng)照片，照片采取連拍模式，拍攝間隔為1s。利用Photoshop7.0確定微球的坐標(biāo)，計(jì)算微球在7s內(nèi)的平均直線位移為～295.14μm，平均移動(dòng)速率為～42.16μm·s-1。由圖可見(jiàn)，在外加磁場(chǎng)作用下微球并非直線運(yùn)動(dòng)，這是由于其尺寸非常小，在溶液中做無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的，因此我們又計(jì)算了其在x軸的平均移動(dòng)速率為～37.00μm·s-1、在y軸的平均移動(dòng)速率為～20.22μm·s-1，由此可推出磁場(chǎng)方向和x軸的夾角θ為～28.7°。

由于圖片獲取過(guò)程都能從顯示器上直接觀察，可以為學(xué)生直觀的演示微觀粒子在溶液中的運(yùn)動(dòng)行為，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣及對(duì)科學(xué)前沿的認(rèn)識(shí)，啟發(fā)創(chuàng)新思維，并且可以提出科學(xué)問(wèn)題如移動(dòng)速率、磁場(chǎng)方向的計(jì)算等等，讓學(xué)生課堂討論并布置作業(yè)。因此該方法用于物理化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等課堂教學(xué)的效果應(yīng)該十分顯著。

3 結(jié)論

本文成功的利用配有電子目鏡的光學(xué)顯微鏡，研究了磁性微粒的尺寸和形貌，并研究了其在溶液中靶向移動(dòng)的規(guī)律。這種廉價(jià)的、直觀的、可原位觀察微觀物質(zhì)定向移動(dòng)的方法，將有望在科學(xué)研究及可視化教學(xué)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。

［1］魏秋芬，孫寶清，邵長(zhǎng)玲，孔軍伶.普通光學(xué)顯微鏡在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用注意事項(xiàng)[J].醫(yī)學(xué)信息，2010，23：4708-4709.

［2］蔣成義，詹曉東，王文忠，張明潔.顯微耳科學(xué)的可視化教學(xué)研究[J].蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，32：494-495.

［3］徐進(jìn)，倪旭翔，曹向群，陸祖康.CMOS光柵圖像納米細(xì)分技術(shù)研究[J].光學(xué)儀器，2006，28：56-60.

［4］李疆.生物學(xué)顯微鏡的“數(shù)碼化”及應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2011，36：33-35.

［5］胡楊，夏順仁，陳睿，夏強(qiáng).基于視頻的血管壓力灌注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2010，44：1098-1102.

［6］Lei Z L.,Li Y.L.,Wei X.Y.Journal of Solid State Chemistry[J]. 2008，181：480-486.