納米顆粒跟蹤分析儀是一種用于實時、可視化地檢測和表征液體中納米級顆粒（通常為10–2000 nm）的先進儀器，廣泛應用于納米材料、生物醫藥、疫苗開發、外泌體研究、環境科學及食品工業等領域。其核心技術基于激光照明與高靈敏度攝像技術相結合，通過追蹤單個納米顆粒在布朗運動下的軌跡，計算其擴散速度，并依據斯托克斯-愛因斯坦方程推導出顆粒的流體力學直徑，從而實現對粒徑分布、濃度及顆粒運動行為的精確分析。

　　納米顆粒跟蹤分析儀的組成部分：

　　一、光學系統

　　激光光源

　　功能：提供高強度、單色性好的激光束（通常為藍色或綠色激光，波長405-532nm），作為顆粒散射光的激發源。

　　特點：激光功率可調，以適應不同濃度樣品的檢測需求；波長選擇需與顆粒折射率匹配，優化散射信號強度。

　　光學透鏡組

　　功能：

　　聚焦透鏡：將激光束聚焦至樣品室內的測量區域，形成高能量密度的光斑，增強顆粒散射信號。

　　收集透鏡：收集顆粒散射光，并將其引導至檢測系統（如CMOS相機），確保信號高效傳輸。

　　設計要求：透鏡組需具備高數值孔徑（NA），以提升光收集效率；同時需抑制背景噪聲，提高信噪比。

　　光路調節模塊

　　功能：通過反射鏡、分光鏡等元件調整激光路徑，實現光束的準直、偏轉或分束，以適應不同測量模式（如單角度或多角度檢測）。

　　應用場景：在多角度NTA中，光路調節模塊可同時捕獲顆粒在不同散射角下的信號，提升粒徑分析的準確性。

　　二、檢測系統

　　高靈敏度相機（CMOS/CCD）

　　功能：實時捕獲顆粒在激光照射下產生的散射光斑，并記錄其運動軌跡。

　　技術參數：

　　幀率：需達到30幀/秒以上，以精確跟蹤顆粒的布朗運動。

　　像素尺寸：小像素（如2-4μm）可提升空間分辨率，區分相鄰顆粒。

　　動態范圍：高動態范圍（HDR）相機可同時檢測強散射（大顆粒）和弱散射（小顆粒）信號。

　　圖像處理單元

　　功能：對相機采集的原始圖像進行預處理，包括背景扣除、噪聲濾波、光斑識別等，以提取顆粒的清晰軌跡。

　　算法優化：采用自適應閾值分割、連通區域分析等算法，提升光斑檢測的準確性和抗干擾能力。

　　三、數據處理系統

　　軌跡分析軟件

　　功能：

　　軌跡重建：根據顆粒在連續幀中的位置變化，重建其三維運動軌跡。

　　布朗運動分析：通過統計顆粒位移的均方根（MSD），計算其擴散系數（D）。

　　輸出結果：提供粒徑分布直方圖、濃度數據（顆粒數/mL）及統計參數（如平均粒徑、多分散性指數PDI）。

　　硬件加速模塊

　　功能：采用GPU或FPGA加速軌跡分析算法，縮短數據處理時間（如從分鐘級降至秒級），提升實時分析能力。

　　四、樣品室與流體控制系統

　　樣品室

　　結構：通常為透明石英或玻璃材質的封閉腔體，內設樣品池（如毛細管或微流控芯片）。

　　設計要求：

　　光學透明性：確保激光和散射光無損耗傳輸。

　　溫度控制：集成溫控模塊（如帕爾貼元件），維持樣品溫度穩定（如25±0.1℃），避免熱脹冷縮影響測量結果。

　　抗污染設計：采用惰性材料涂層（如特氟龍），減少顆粒吸附或化學污染。

　　流體注入與循環系統

　　功能：

　　樣品注入：通過注射器泵或壓力驅動裝置，將樣品精確注入樣品室，控制注入速度（如0.1-100μL/min）。

　　循環流動：在連續流動模式下，樣品在樣品室內循環流動，避免顆粒沉降或聚集，提升測量重復性。

　　清洗模塊：測量完成后，自動注入清洗液（如超純水或有機溶劑），清洗樣品室，防止交叉污染。

　　五、輔助模塊

　　校準模塊

　　功能：使用標準顆粒（如聚苯乙烯乳膠球，粒徑已知）對儀器進行校準，驗證粒徑測量精度和濃度線性范圍。

　　校準參數：包括粒徑準確性（誤差≤5%）、重復性（RSD≤10%）及檢測限（通常低至10nm）。

　　環境控制模塊

　　功能：監測并控制實驗室環境參數（如溫度、濕度、振動），避免外界干擾影響測量結果。

　　典型配置：隔振臺、空調系統及溫濕度傳感器。

　　用戶界面與操作軟件

　　功能：提供圖形化操作界面，支持參數設置（如激光功率、相機曝光時間）、數據保存與導出（如CSV或Excel格式），并生成測量報告。

　　擴展功能：支持遠程控制、多用戶權限管理及數據云端存儲。