光学显微镜表征磁性微粒靶向移动的可视化教学研究

2012-03-01李晓舟廖仁梅

科技视界 2012年15期

李晓舟王林廖仁梅

（西北农林科技大学陕西咸阳 712100）

0 引言

光学显微镜是一种用来观察微观世界的有效和必备的工具[1]，相比电子显微镜更加廉价，且观测样品不需真空环境，可以实现原位观测[2]，如溶液中颗粒的流动行为。传统光学显微镜是通过目测样品获取信息的，无法准确描述样品的尺寸、形貌等重要数据，且无法获取显微镜照片。随着数码成像技术的发展，电子目镜[3]应运而生。电子目镜是针对光学显微镜配置的一种可将光学信息转换为数码信息的目镜，常用CMOS图像传感器，它可以捕获显微镜观察到的图像信息并以图片的形式存入电脑，通过相关软件(如Photoshop)根据标尺计算样品的尺寸、形貌等。配有电子目镜的光学显微镜在可视化教学[4]与科研[5]当中日益重要。

本文利用配有电子目镜的光学显微镜，研究磁性微粒的尺寸和聚集体形貌，并研究了其在溶液中靶向移动的规律。

1 实验材料和方法

1.1 实验仪器与试剂

XSP02型光学显微镜，130万像素的电子目镜，永磁铁。Fe3O4@SiO2磁性微球参考文献[6]制备，磁分离后分散在去离子水中。

1.2 实验步骤

光学显微镜和电子目镜按照说明书安装调试，电子目镜通过usb线接入电脑，图像捕获软件为minisee1.1.2，使用前先安装到电脑中。样品滴在载玻片表面，轻轻盖上盖玻片，置于10×目镜下，运行minisee软件，通过调节对焦旋钮使图像在显示器上更加清晰，捕获图像并保存至指定文件夹。将永磁铁置于样品一端，迅速选择连拍模式，拍摄间隔1s，连续捕获图像并保存至指定文件夹。

2 实验结果与讨论

图1 水溶液中Fe3O4@SiO2磁性微球的显微镜照片

图1为Fe3O4@SiO2磁性微球在水溶液中的静态显微镜照片，由图可见微球的球状形貌非常规整，利用Photoshop7.0计算微球的平均尺寸为～1.08μm，少数微球形成聚集形态。由于光学显微镜自身的限制，即可见光发生散射或衍射，测量结果可能比实际尺寸偏大。

图2 水溶液中Fe3O4@SiO2磁性微球的磁靶向移动过程的显微镜照片

图2为Fe3O4@SiO2磁性微球在外加磁场作用下靶向移动照片，照片采取连拍模式，拍摄间隔为1s。利用Photoshop7.0确定微球的坐标，计算微球在7s内的平均直线位移为～295.14μm，平均移动速率为～42.16μm·s-1。由图可见，在外加磁场作用下微球并非直线运动，这是由于其尺寸非常小，在溶液中做无规则的布朗运动所导致的，因此我们又计算了其在x轴的平均移动速率为～37.00μm·s-1、在y轴的平均移动速率为～20.22μm·s-1，由此可推出磁场方向和x轴的夹角θ为～28.7°。

由于图片获取过程都能从显示器上直接观察，可以为学生直观的演示微观粒子在溶液中的运动行为，提高学生对科学研究的兴趣及对科学前沿的认识，启发创新思维，并且可以提出科学问题如移动速率、磁场方向的计算等等，让学生课堂讨论并布置作业。因此该方法用于物理化学、物理学、生物学等课堂教学的效果应该十分显著。