纳米技术/光学方法
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由于阿贝衍射极限，使用显微镜观察亚波长结构很困难。恩斯特·阿贝在1873年发现，波长为λ的光在折射率为n的介质中传播并以角度φ汇聚到一个点，将形成半径为
分母nsinφ称为数值孔径 (NA)，在现代光学中可以达到约1.4，因此阿贝极限大约为d=λ/2。对于大约500nm的绿光，阿贝极限为250nm，这与大多数纳米结构或尺寸约为1μm的生物细胞相比很大，其内部细胞器要小得多。为了提高分辨率，可以使用更短的波长，例如紫外线和X射线显微镜。这些技术提供了极佳的分辨率，但价格昂贵，在生物样品中缺乏对比度，并且还容易损坏样品。
光线以与您观察方向相同的方向发送到样品 - 除非样品吸收光线，否则大多数物体看起来都很亮。
光线以一定角度朝向样品，该角度与您的观察方向不同，您只能看到散射的光线。这使得大多数图像看起来很暗，只有边缘和弯曲的表面会亮起来。
共聚焦激光扫描显微镜是一种可以从光学显微镜获得更好分辨率和三维成像的技术。可以在Paddock, Biotechniques 1999中找到一篇综述。
使用高数值孔径物镜也会产生非常浅的焦深，因此在传统显微镜中，图像将因焦点上方或下方的结构而变得模糊。解决此问题的一种方法是使用共聚焦显微镜，或者更好的是激光扫描共聚焦显微镜 (LSCM)。使用激光作为光源可以更好地控制照明，尤其是在样品中使用荧光标记时。使用1.4 NA物镜的理论分辨率可以达到140nm（横向）和230nm（垂直）[1]，而参考文献[2]中引用的分辨率为0.5×0.5×1μm。LSCM中的图像通过在2D或3D中扫描样品并在PC上记录每个空间点的信号来生成，然后PC生成图像。
X射线显微镜使用X射线进行成像，其波长比可见光短得多，因此可以提供更高的空间分辨率并使用不同的对比度机制。X射线显微镜可以以接近10纳米的亚微米分辨率表征材料。X射线显微镜可以使用实验室X射线源和电子加速器产生的同步辐射。使用同步辐射的X射线显微镜提供了最大的灵敏度和功率，但不幸的是，它们相当庞大且昂贵。X射线显微镜通常分为两个重叠的范围，称为软X射线显微镜（100eV - 2keV）和硬X射线显微镜（1keV-40keV）。所有X射线都能穿透材料，能量越高的X射线穿透能力越强。因此，软X射线显微镜为小型样品提供了最佳对比度。硬X射线确实能够几乎毫无阻碍地穿过人体等物体，因此在您想用X射线显微镜观察的许多生物样品中对比度也相当差。尽管如此，硬X射线显微镜可以通过相衬或使用扫描探针X射线显微镜，通过检测荧光或散射的X射线来进行成像。尽管存在局限性，但X射线显微镜是一种强大的技术，在某些情况下可以提供任何其他方法都无法实现的材料或样品表征。
鉴定纳米材料中存在的官能团是纳米科学和纳米技术研究中的常见需求。在其他工具中，FT-IR 因其多功能性、相对易用性和可用作定量工具的能力而在研究人员中广受欢迎。
化学键中的原子始终处于振动状态。这种振动可以类比于一个由两个质量块连接到弹簧上的系统。振动频率取决于质量块的重量和连接弹簧的弹性系数。同样地，取决于构成键的原子的质量和键的结合力，频率也会有所不同。由于键具有不同形状和大小以及不同强度的原子，因此每种键中每种原子的组合都具有独特的谐振频率。这种自然频率位于红外区域，因此可以设计使用红外光谱的方法来分析键的振动。
当与键的谐振频率相同的红外辐射照射到键上时，由于红外辐射能量的增加传递，键的振动会被放大。当给材料提供一系列红外频率时，它只会吸收与样品中存在的键的自然频率相对应的红外频率。其他频率不会被吸收，可以使用红外光谱仪进行分析，该仪器可以告诉你样品吸收了哪些频率。这提供了关于样品中存在的官能团的重要信息。这正是傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）的工作原理。
由于FT-IR可用于获取有关纳米材料中存在的官能团的信息。这在某些情况下特别有用，例如当人们试图对纳米材料进行表面改性以提高亲和力、反应性或相容性时。分析纳米材料的FT-IR谱图将告诉你存在哪些官能团，然后可以根据存在的官能团确定合适的表面改性策略。此外，它还可以用于表征表面改性是否已经发生，因为如果反应成功，应该会出现新的官能团。识别纳米材料中存在的官能团是纳米科学和纳米技术研究中的一个常见要求。在其他工具中，FT-IR由于其多功能性、相对易用性和可用作定量工具的能力，在研究人员中获得了广泛的普及。
化学键中的原子始终处于振动状态。这种振动可以类比于一个由两个质量块连接到弹簧上的系统。振动频率取决于质量块的重量和连接弹簧的弹性系数。同样地，取决于构成键的原子的质量和键的结合力，频率也会有所不同。由于键具有不同形状和大小以及不同强度的原子，因此每种键中每种原子的组合都具有独特的谐振频率。这种自然频率位于红外区域，因此可以设计使用红外光谱的方法来分析键的振动。
当与键的谐振频率相同的红外辐射照射到键上时，由于红外辐射能量的增加传递，键的振动会被放大。当给材料提供一系列红外频率时，它只会吸收与样品中存在的键的自然频率相对应的红外频率。其他频率不会被吸收，可以使用红外光谱仪进行分析，该仪器可以告诉你样品吸收了哪些频率。这提供了关于样品中存在的官能团的重要信息。这正是傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）的工作原理。
由于FT-IR可用于获取有关纳米材料中存在的官能团的信息。这在某些情况下特别有用，例如当人们试图对纳米材料进行表面改性以提高亲和力、反应性或相容性时。分析纳米材料的FT-IR谱图将告诉你存在哪些官能团，然后可以根据存在的官能团确定合适的表面改性策略。此外，它还可以用于表征表面改性是否已经发生，因为如果反应成功，应该会出现新的官能团。
另请参阅有关编辑本书的说明 纳米技术/关于#如何贡献。
- ↑ 共聚焦激光扫描显微镜，Paddock SW，Biotechniques，第 27 卷 (5)：992 年 11 月 1999 年
- ↑ 一种用于光谱细胞成像的新型紫外-可见共聚焦激光扫描显微光谱荧光计，Favard C，Valisa P，Egret-Charlier M，Sharonov S，Herben C，Manfait M，Da Silva E，Vigny P，Biospectroscopy，第 5 卷 (2)：101-115 1999 年