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2020年的新年期間，因?yàn)橐粓?chǎng)突如其來(lái)的疫情注定被歷史銘記。短短的50多天，從武漢市不明肺炎報(bào)告的出現(xiàn)到全國(guó)8萬(wàn)多人確診感染，從武漢華南市場(chǎng)出發(fā)隨著人口流動(dòng)蔓延到全世界各個(gè)角落……

口罩和自由成了奢侈品，每個(gè)人都在這場(chǎng)疫情危機(jī)中學(xué)會(huì)了“勤洗手、戴口罩、不聚集”的生活習(xí)慣，也增長(zhǎng)了對(duì)“納米制劑”“納米銀口罩”“納米銀噴霧”等新名詞的認(rèn)知：

國(guó)家納米工程中心利用納米技術(shù)在病毒檢測(cè)和治療方面“穩(wěn)、準(zhǔn)、狠”的技術(shù)特點(diǎn)，利用共享的病毒基因序列開(kāi)發(fā)冠狀病毒核酸快速檢測(cè)試劑盒及檢測(cè)系統(tǒng)利用膠體金標(biāo)記的冠狀病毒抗體快速檢測(cè)層析芯片及閱讀儀，使得病毒檢測(cè)時(shí)間縮短到半小時(shí)以?xún)?nèi)。

上海復(fù)旦團(tuán)隊(duì)研制的仿生納米顆粒PS-GAMP可誘導(dǎo)肺組織常駐記憶T細(xì)胞的產(chǎn)生，進(jìn)而引發(fā)較強(qiáng)的異型免疫，增強(qiáng)疫苗防護(hù)作用，有望成為通用流感疫苗的粘膜佐劑。

俄羅斯科學(xué)家研發(fā)了以具有抗菌特性的納米銀為主要成分，使用熔噴工藝制備而成的新材料口罩，其防護(hù)時(shí)效可達(dá)10小時(shí)，為常規(guī)醫(yī)用口罩的10倍。

上海大學(xué)材料學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)一種具有“自我消毒”功能的納米銀滅毒噴霧樣品，應(yīng)用在學(xué)校的公用設(shè)施表面。該納米銀噴霧使用方便、安全無(wú)毒、零刺激、具備能夠持久殺滅病毒的能力。

▲ 歐美克NS-90納米粒度分析儀

納米粒度儀采用的是動(dòng)態(tài)光散射的原理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)測(cè)量納米顆粒在液體介質(zhì)中的布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的散射光強(qiáng)的快速漲落來(lái)實(shí)現(xiàn)粒徑的等效檢測(cè)。基本原理是：小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速度快使得散射光強(qiáng)漲落速率快；大顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速度慢導(dǎo)致散射光強(qiáng)漲落速率慢。

▲ 斯托克斯-愛(ài)因斯坦方程

光電探測(cè)器接收到散射光強(qiáng)度的即時(shí)信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)輸送到儀器內(nèi)的光子相關(guān)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的延時(shí)相關(guān)性分析處理，從而得到各項(xiàng)納米粒徑測(cè)試結(jié)果。儀器的兩大核心技術(shù)是：連續(xù)地在極短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確檢測(cè)并記錄極其微弱且快速變化的動(dòng)態(tài)光散射強(qiáng)度信號(hào)；根據(jù)信號(hào)的時(shí)間相關(guān)性，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算后解析出相關(guān)的顆粒等效流體力學(xué)粒度數(shù)據(jù)。

目前納米粒度儀主流使用的探測(cè)器有兩種：一是PMT光電倍增管，二是雪崩式光子計(jì)數(shù)器APD。

PMT光電倍增管它是一種真空光電器件（真空管）。它的工作原理是建立在光電效應(yīng)（光電發(fā)射）、二次電子發(fā)射、電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上的。PMT光電倍增管已經(jīng)面世多年，其生產(chǎn)工藝及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟穩(wěn)定，但是已經(jīng)很難再有更上一層樓的技術(shù)進(jìn)步。它最主要的優(yōu)點(diǎn)就是技術(shù)成熟，不足之處在于靈敏度稍低和背景電噪聲不穩(wěn)定。

歐美克NS-90國(guó)內(nèi)獨(dú)家主配的雪崩式單光子計(jì)數(shù)器APD是利用載流子的雪崩效應(yīng)通過(guò)光子計(jì)數(shù)方式極大提高了檢測(cè)的靈敏度。APD與已經(jīng)廣泛使用的光電倍增管(PMT)相比，APD單光子計(jì)數(shù)得到的是0和1組成的數(shù)字矩陣，對(duì)微弱光子信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間積分不會(huì)引入熱噪聲，加之其信號(hào)的傳輸不需要經(jīng)過(guò)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換減少了隨機(jī)噪聲等誤差源，使得其噪音極低，量子效率超高，并可以在高增益下保持良好的信噪比。

▲ 納米粒度儀使用的兩種類(lèi)型光電檢測(cè)器對(duì)比

粒度檢測(cè)是一種等效檢測(cè)，用不同檢測(cè)原理的儀器得到的粒度分布數(shù)據(jù)是一種等效值。而采用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的納米粒度儀得到的粒度數(shù)據(jù)正是根據(jù)斯托克斯-愛(ài)因斯坦方程得出的流體力學(xué)等效直徑（粒徑）。

NS-90納米粒度分析儀軟件的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告中提供了多種粒度結(jié)果，通常包括Z-average、PDI、Intensity PSD、Volume PSD、Number PSD等。

Z-average是粒徑光強(qiáng)平均值，PDI是分散指數(shù)（分布寬度參數(shù)），這兩個(gè)值是通過(guò)分析光子相關(guān)性方程反演得到，Z-average是動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)中得到的最重要、最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

Intensity PSD（粒徑光強(qiáng)分布，簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)分布）則是通過(guò)另一種方式，即多指數(shù)分析得到的分布式粒徑統(tǒng)計(jì)，也是納米材料粒徑分析的重要參考指標(biāo)。Intensity PSD通過(guò)Mie理論，可以將其轉(zhuǎn)化為Volume PSD（體積分布），并可以進(jìn)一步將這種體積分布轉(zhuǎn)化為Number PSD（數(shù)量分布）。

散射光的強(qiáng)度遵循瑞利散射定律，與顆粒直徑的六次方成正比，這就是說(shuō)同樣數(shù)量的直徑相差10倍的兩種顆粒，大顆粒的光強(qiáng)信號(hào)是小顆粒的100萬(wàn)倍。所以用動(dòng)態(tài)光散射來(lái)測(cè)量粒徑就要求所測(cè)樣品的分布盡量窄，否則小顆粒的信號(hào)就極容易被大顆粒覆蓋。理論上少數(shù)PDI大于0.7的寬分布或多分布樣品，動(dòng)態(tài)光散射原理進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的可信度較低。

觀(guān)察一份報(bào)告上的這三個(gè)數(shù)據(jù)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)Number PSD結(jié)果最小，Intensity PSD，Volume PSD都大很多。從原理上來(lái)說(shuō)，Intensity PSD才是儀器得到的原始的、直接計(jì)算的粒度分布。Volume PSD，Number PSD都是以光強(qiáng)分布為基礎(chǔ)進(jìn)一步計(jì)算而來(lái)的，而且計(jì)算需要用到所測(cè)顆粒準(zhǔn)確的光學(xué)參數(shù)，才能保證其結(jié)果的準(zhǔn)確性。

至于為什么這三種分布差異這么大？舉例來(lái)說(shuō)，如果把60nm 和 220nm 聚苯乙烯乳液標(biāo)樣1:1 體積混合，那么在三種分布中各自的比例變化如下方圖表所示意。

▲ 三種分布中各自的比例變化

由上述圖片可看出，如果樣品的分布是非常窄的單峰，那么三種分布不會(huì)有非常大的差異；但是樣品的分布寬或者是多峰，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中體積和數(shù)量分布會(huì)非常不同，小顆粒的權(quán)重會(huì)大大的增加。

對(duì)于單峰的樣品，通常用Z-average來(lái)報(bào)道樣品結(jié)果；而多峰分布的樣品，則要注意根據(jù)“質(zhì)量報(bào)告”提示，通常 提供Intensity PSD中的各峰值大小。Volume PSD，Number PSD的準(zhǔn)確性依賴(lài)于用戶(hù)輸入的光學(xué)參數(shù)，在多數(shù)情況下準(zhǔn)確的結(jié)果獲取有一定難度。