离子阱中单颗囚禁纳米颗粒的共振光谱实验研究

Metal nanoparticles exhibit unique optical and chemical proterties comparing with the nonmetal particle due to their macroscopic quantum effects, which is localized surface plasmon resonace(LSPR).The LSPR characteristics strongly depend on the intrinsic properties of the metal nanoparticles such as size, shape, structure; and most LSPR spectra are obtained from experiments in liquid environment. In this project, ion trap tecnique is utilized to measure the LSPR spectrum of single metal nanopaticle in vacuum.The nanopaticle ions are generated through laser-induced acoustic desorption ionization,and a miniature cylinder ion trap is used to selectively trap and obtain single metal nanopaticle ion.In the irradiation of white light,the scatting light of single metal nanopaticle will be measured using microscopy. The precise measurement of the LSPR spectra of small metal nanoparticles will help us more profoundly understand their composition and property, and also provide useful database for nanoscience and material science.In addtion, isolating the system of single particle macromolecule from the outside world and keeping it still in a particular space, not only offer a platform for researching single particle macromolecule, but also provide more possiblities for investigating the structure and interaction of complex system and living system.

金属纳米颗粒由于宏观量子效应而显示出与非金属颗粒不同的光学性能-局域表面等离子体共振（LSPR）,LSPR光谱与颗粒的尺寸、构型等参数密切相关，大多数实验在溶液中进行。本项目使用离子选择囚禁技术，在真空条件下进行单颗完整金属纳米颗粒的LSPR光谱的精确测量。纳米颗粒离子由激光诱导声波脱吸的方法产生，小型圆柱体离子阱进行选择囚禁，得到单颗完整的金属颗粒离子。在白光光源照射下，结合显微镜光学技术，有效探测金属纳米粒子的散射光谱。对单颗纳米粒子的特征光谱进行精确测定，有助于了解颗粒的结构和特性，为纳米科学和材料科学提供有用的实验数据。同时将单个颗粒巨大分子体系从外部世界孤立出来，"静止"于一个特定的空间，不仅为单分子水平上研究颗粒巨大分子提供了平台，也为复杂体系、生命体系的结构及相互作用研究提供了可能。

纳米尺度颗粒在生命、环境和材料科学研究中扮演着重要的角色，发展精确测量完整生物纳米颗粒质量的质谱技术更具有重大的学术意义和应用价值。经过4年的努力，本项目成功地研制出纳米尺度颗粒离子阱质谱装置，共发表论文22篇，授权专利9项。取得了以下成果：.1. 研究了非线性离子阱质谱理论。使用高精度谐波平衡方法，研究了非线性离子阱质谱理论，求解了非线性Mathieu方程，获得了非线性离子阱的离子运动特性和稳定区。为理论上发展和提高囚禁质谱技术提供新思路，为颗粒质谱实验装置构建提供新参数。.2.研制了离子阱颗粒质谱装置。使用透明圆柱体离子阱质量分析器、激光诱导声波脱颗粒离子源，结合共聚焦显微镜光学探测囚禁颗粒的散射光，获得了纳米尺度的纳米金颗粒和金属有机框架等纳米材料的质量测量值。.3.建立了分析纳米尺度颗粒的新方法，将质谱测定的质量范围从106 Da的分子拓展至纳米尺度约1019 Da的颗粒物；发展了可见光MALDI颗粒质谱电离源，实现了颗粒质谱的快速分析。.4.发展了纳米载体药物的原位释放质谱成像研究新方法。开发了一种新型无标记激光解吸电离质谱成像技术（LDI MSI），通过监测纳米载体和药物分子固有的质谱信号强度比，实现了质谱成像定量分析纳米载体在组织中的原位药物释放。.5.合成和发现了多种MALDI质谱新基质，无需对样品进行处理，可直接分析实际样品，获得了一系列代谢物等小分子的快速高通量质谱成像分析。