光學顯微鏡表征磁性微粒靶向移動的可視化教學研究

李曉舟 王 林 廖仁梅

（西北農林科技大學 陜西 咸陽 712100）

0 引言

光學顯微鏡是一種用來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，且觀測樣品不需真空環境，可以實現原位觀測[2]，如溶液中顆粒的流動行為。傳統光學顯微鏡是通過目測樣品獲取信息的，無法準確描述樣品的尺寸、形貌等重要數據，且無法獲取顯微鏡照片。隨著數碼成像技術的發展，電子目鏡[3]應運而生。電子目鏡是針對光學顯微鏡配置的一種可將光學信息轉換為數碼信息的目鏡，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，通過相關軟件(如Photoshop)根據標尺計算樣品的尺寸、形貌等。配有電子目鏡的光學顯微鏡在可視化教學[4]與科研[5]當中日益重要。

本文利用配有電子目鏡的光學顯微鏡，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的規律。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗儀器與試劑

XSP02型光學顯微鏡，130萬像素的電子目鏡，永磁鐵。Fe3O4@SiO2磁性微球參考文獻[6]制備，磁分離后分散在去離子水中。

1.2 實驗步驟

光學顯微鏡和電子目鏡按照說明書安裝調試，電子目鏡通過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，運行minisee軟件，通過調節對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，連續捕獲圖像并保存至指定文件夾。

2 實驗結果與討論

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顯微鏡照片，由圖可見微球的球狀形貌非常規整，利用Photoshop7.0計算微球的平均尺寸為～1.08μm，少數微球形成聚集形態。由于光學顯微鏡自身的限制，即可見光發生散射或衍射，測量結果可能比實際尺寸偏大。

圖2 水溶液中Fe3O4@SiO2磁性微球的磁靶向移動過程的顯微鏡照片

圖2為Fe3O4@SiO2磁性微球在外加磁場作用下靶向移動照片，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，計算微球在7s內的平均直線位移為～295.14μm，平均移動速率為～42.16μm·s-1。由圖可見，在外加磁場作用下微球并非直線運動，這是由于其尺寸非常小，在溶液中做無規則的布朗運動所導致的，因此我們又計算了其在x軸的平均移動速率為～37.00μm·s-1、在y軸的平均移動速率為～20.22μm·s-1，由此可推出磁場方向和x軸的夾角θ為～28.7°。

由于圖片獲取過程都能從顯示器上直接觀察，可以為學生直觀的演示微觀粒子在溶液中的運動行為，提高學生對科學研究的興趣及對科學前沿的認識，啟發創新思維，并且可以提出科學問題如移動速率、磁場方向的計算等等，讓學生課堂討論并布置作業。因此該方法用于物理化學、物理學、生物學等課堂教學的效果應該十分顯著。

3 結論

本文成功的利用配有電子目鏡的光學顯微鏡，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的規律。這種廉價的、直觀的、可原位觀察微觀物質定向移動的方法，將有望在科學研究及可視化教學當中得到廣泛應用。

［1］魏秋芬，孫寶清，邵長玲，孔軍伶.普通光學顯微鏡在形態學實驗教學中的使用注意事項[J].醫學信息，2010，23：4708-4709.

［2］蔣成義，詹曉東，王文忠，張明潔.顯微耳科學的可視化教學研究[J].蚌埠醫學院學報，2007，32：494-495.

［3］徐進，倪旭翔，曹向群，陸祖康.CMOS光柵圖像納米細分技術研究[J].光學儀器，2006，28：56-60.

［4］李疆.生物學顯微鏡的“數碼化”及應用[J].生物學教學，2011，36：33-35.

［5］胡楊，夏順仁，陳睿，夏強.基于視頻的血管壓力灌注系統的設計[J].浙江大學學報：工學版，2010，44：1098-1102.

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