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2020年的新年期間，因為一場突如其來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告的出現(xiàn)到全國8萬多人確診感染，從武漢華南市場出發(fā)隨著人口流動蔓延到全世界各個角落……

口罩和自由成了奢侈品，每個人都在這場疫情危機中學(xué)會了“勤洗手、戴口罩、不聚集”的生活習(xí)慣，也增長了對“納米制劑”“納米銀口罩”“納米銀噴霧”等新名詞的認知：

國家納米工程中心利用納米技術(shù)在病毒檢測和治療方面“穩(wěn)、準、狠”的技術(shù)特點，利用共享的病毒基因序列開發(fā)冠狀病毒核酸快速檢測試劑盒及檢測系統(tǒng)利用膠體金標(biāo)記的冠狀病毒抗體快速檢測層析芯片及閱讀儀，使得病毒檢測時間縮短到半小時以內(nèi)。

上海復(fù)旦團隊研制的仿生納米顆粒PS-GAMP可誘導(dǎo)肺組織常駐記憶T細胞的產(chǎn)生，進而引發(fā)較強的異型免疫，增強疫苗防護作用，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，其防護時效可達10小時，為常規(guī)醫(yī)用口罩的10倍。

上海大學(xué)材料學(xué)院科研團隊開發(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態(tài)光散射的原理，簡單來說就是通過測量納米顆粒在液體介質(zhì)中的布朗運動導(dǎo)致的散射光強的快速漲落來實現(xiàn)粒徑的等效檢測。基本原理是：小顆粒的布朗運動速度快使得散射光強漲落速率快；大顆粒的布朗運動速度慢導(dǎo)致散射光強漲落速率慢。

▲ 斯托克斯-愛因斯坦方程

光電探測器接收到散射光強度的即時信號，同時將信號輸送到儀器內(nèi)的光子相關(guān)器進行數(shù)據(jù)的延時相關(guān)性分析處理，從而得到各項納米粒徑測試結(jié)果。儀器的兩大核心技術(shù)是：連續(xù)地在極短時間內(nèi)準確檢測并記錄極其微弱且快速變化的動態(tài)光散射強度信號；根據(jù)信號的時間相關(guān)性，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型分析計算后解析出相關(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器有兩種：一是PMT光電倍增管，二是雪崩式光子計數(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)進步。它最主要的優(yōu)點就是技術(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國內(nèi)獨家主配的雪崩式單光子計數(shù)器APD是利用載流子的雪崩效應(yīng)通過光子計數(shù)方式極大提高了檢測的靈敏度。APD與已經(jīng)廣泛使用的光電倍增管(PMT)相比，APD單光子計數(shù)得到的是0和1組成的數(shù)字矩陣，對微弱光子信號的長時間積分不會引入熱噪聲，加之其信號的傳輸不需要經(jīng)過模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換減少了隨機噪聲等誤差源，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型光電檢測器對比

粒度檢測是一種等效檢測，用不同檢測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)準報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是粒徑光強平均值，PDI是分散指數(shù)（分布寬度參數(shù)），這兩個值是通過分析光子相關(guān)性方程反演得到，Z-average是動態(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（粒徑光強分布，簡稱光強分布）則是通過另一種方式，即多指數(shù)分析得到的分布式粒徑統(tǒng)計，也是納米材料粒徑分析的重要參考指標(biāo)。Intensity PSD通過Mie理論，可以將其轉(zhuǎn)化為Volume PSD（體積分布），并可以進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，這就是說同樣數(shù)量的直徑相差10倍的兩種顆粒，大顆粒的光強信號是小顆粒的100萬倍。所以用動態(tài)光散射來測量粒徑就要求所測樣品的分布盡量窄，否則小顆粒的信號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，動態(tài)光散射原理進行測量結(jié)果的可信度較低。

觀察一份報告上的這三個數(shù)據(jù)，通常會發(fā)現(xiàn)Number PSD結(jié)果最小，Intensity PSD，Volume PSD都大很多。從原理上來說，Intensity PSD才是儀器得到的原始的、直接計算的粒度分布。Volume PSD，Number PSD都是以光強分布為基礎(chǔ)進一步計算而來的，而且計算需要用到所測顆粒準確的光學(xué)參數(shù)，才能保證其結(jié)果的準確性。

至于為什么這三種分布差異這么大？舉例來說，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)化過程中體積和數(shù)量分布會非常不同，小顆粒的權(quán)重會大大的增加。

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