Kỹ thuật đo phổ tương quan thăng giáng dựa trên tín hiệu huỳnh quang FCS có ứng dụng tương đối đa dạng, trong đó ứng dụng để đo đạc tính chất và kích thước thủy động lực học của các hệ nano đã được phát triển trong thời gian gần đây. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng đo đạc kích thước bằng FCS có nhiều ưu điểm so với các phương pháp đo TEM, tán xạ tia X - XRD hoặc DLS [118]. XRD hay TEM yêu cầu làm khô mẫu trong chân không, trong khi phép đo FCS thực hiện trực tiếp trong dung dịch, tránh được sự thay đổi xảy ra khi mẫu được làm khô. Lượng mẫu cần dùng tương đối ít so với DLS (thể tích đo khoảng femto-lít nên lượng mẫu cần dùng chỉ khoảng vài chục micro-lít, nồng độ mẫu đo thấp hơn 10-7 M) [119]. Đo đạc với FCS có lợi thế trong nghiên cứu sự tương quan giữa kích thước và tính chất phát huỳnh quang của hạt vì sử dụng tín hiệu huỳnh quang từ hạt, trong khi TEM hoặc DLS đo kích thước của tất cả các hạt có trong mẫu. Trong các điều kiện nhất định, FCS có thể đo đạc in-situ sự thay đổi của hạt nano trong dung dịch chứa các phân tử sinh học [120]. Nghiên cứu hạt nano sử dụng phương pháp FCS bao gồm:
+ Đặc trưng tính chất động lực học của các chấm lượng tử [70, 102, 121-125], các tinh thể nano dạng cầu [126], nano dạng que [127] và các hạt nano polyme phát quang [128]. Xác định kích thước bằng FCS dựa trên cơ sở mô hình khuếch tán tự do truyền thống và dựa trên so sánh giữa thời gian khuếch tán của hạt nano và của một chất màu đã biết hệ số khuếch tán khi đi qua một thể tích hội tụ đồng tiêu [70, 128- 133].
Phương pháp FCS đã được ứng dụng để khảo sát đường kính thủy động lực học của các chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ vô cơ và các chấm lượng tử đơn lõi CdTe với lớp vỏ bọc hữu cơ là mecaptopropyl ancol hoặc glutathione (GSH) [70, 134, 135]. So sánh kích thước theo FCS và theo TEM đưa đến các kết luận: 1. Ảnh hưởng của các phối tử mạch ngắn đến kích thước thủy động lực học là tương đối nhỏ [130]; 2. Chấm lượng tử cấu trúc lõi/vỏ có lớp bọc hữu cơ mỏng hơn so với loại đơn lõi, cho thấy hóa học bề mặt khác nhau trong hai trường hợp [70]. Khảo sát bằng FCS cho thấy các chấm lượng tử CdTe có kích thước lõi giống nhau (thể hiện ở phổ hấp thụ exciton và phổ phát xạ tương tự nhau) nhưng các phối tử bề mặt khác nhau (bao gồm axit mecaptoaxetic, axit 3-mecaptopropionic (MPA), axit mecaptosuccinic (MSA) và N-acetyl-L-cysteine) có thời gian khuếch tán khác nhau [129]. Kết quả này thể hiện độ dày của lớp bọc hữu cơ phụ thuộc vào phối tử bề mặt.
+ Nghiên cứu quá trình nhấp nháy của chấm lượng tử: Quá trình nhấp nháy của chấm lượng tử tự do trong dung dịch được khảo sát bằng cách kết hợp FCS với các phương pháp quang phổ đo đạc trong thể tích khối. Đặc tính của quá trình nhấp nháy của chấm lượng tử được kết luận là bị ảnh hưởng bởi tính lập thể của phối tử liên kết với bề mặt [136]. Oura và cộng sự dùng FCS để chứng minh rằng nhấp nháy và hiệu ứng chống bó huỳnh quang của chấm lượng tử hoặc thanh lượng tử có thể thay đổi theo giá trị pH của dung dịch [137]. Song song với việc sử dụng kết quả đo đạc FCS cho các chấm lượng tử để nghiên cứu hiện tượng nhấp nháy, một số nghiên cứu tìm cách loại trừ ảnh hưởng của hiện tượng này đến kết quả đo đạc FCS bằng cách sử dụng cường độ laze kích thích thấp. Một cách tiếp cận gần đây do Thomaz và các cộng sự (Brazil) đề xuất [132] sử dụng đường biểu diễn phụ thuộc của thời gian khuếch tán vào cường độ laze, dùng phương pháp ngoại suy để tìm thời gian khuếch tán tại cường độ laze = 0.
+ Khảo sát sự liên hợp của hạt nano với các phân tử chất màu hoặc phân tử sinh học trong dung dịch: Hấp phụ của các phân tử chất màu phát quang Rođamin 6G ở các nồng độ rất thấp (2 x 10-9 đến 2 x 10-7 M) trên các hạt oxit kích thước nano tích điện âm được khảo sát [138] mà không cần phân tách các phần tử hấp phụ và không hấp phụ trong mẫu. Kết quả phù hợp với mô hình hấp phụ Langmuir. Các kết quả này cho thấy hiệu quả của phương pháp đo đạc FCS trong việc khảo sát cân bằng hấp phụ tại bề mặt phân cách lỏng – rắn. Liên kết của chấm lượng tử với các phân tử sinh học, như annexin V [139], albumin huyết thanh bò (BSA) [140], kháng sinh [141], v.v…. đã được chứng minh nhờ đo FCS. Định lượng sự hấp phụ của horseradish peroxidase trên bề mặt của chấm lượng tử [142], hoặc của albumin huyết thanh người (human serum albumin - HSA) trên các hạt CdSe/ZnS [143] được thực hiện bằng phương pháp FCS. Các tác giả đã kết luận chỉ một phân tử horseradish peroxidase hấp phụ trên bề mặt chấm lượng tử, độ dày của đơn lớp HSA hình thành trên hạt nano là 3,3 nm. Ảnh hưởng bởi nồng độ muối, nhiệt độ và pH đến sự kết hợp của chấm lượng tử và BSA [140, 143], sự thay đổi của các chấm lượng tử CdSe và CdSe/ZnS trong các dung dịch actin phức tạp cũng được khảo sát bằng phương pháp FCS [144].
+ Khảo sát các quá trình khuếch tán của hạt nano trong tế bào: Phương pháp FCS quan sát tín hiệu huỳnh quang ở mức độ đơn hạt/đơn phân tử, vì vậy thích hợp để khảo sát động lực học khuếch tán của chấm lượng tử tại các vùng nội tế bào và vị trí của hạt trong tế bào. Các kết quả cho thấy có mối liên quan rõ ràng giữa khả năng thâm nhập tế bào của hạt và đường kính thủy động lực học [129].
FCS là một phương pháp phát hiện dựa trên tín hiệu từ đơn hạt/đơn phân tử nên có độ nhạy cao, có tiềm năng ứng dụng lớn trong phân tích đồng thể [118]. Hiện nay, các thiết bị đo FCS thương mại được nhiều công ty phát triển và được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng, ví dụ, loạt thiết bị ConfoCor các đời khác nhau của Carl Zeiss, FCS2 của Leica, hệ FCS của ISS Alba, MF20 của Olympus, C9413-FCS của Hamamatsu, Micro Time 200 của PicoQuant, v.v… Các hệ thương mại này thường có giá thành cao vì được thiết kế đi kèm với chức năng hiện ảnh. Do đó, xây dựng một hệ FCS đơn giản dùng cho các phép phân tích đồng thể là giải pháp phù hợp hơn và có hiệu quả kinh tế cao hơn.
Trên cơ sở của phương pháp đo FCS, kỹ thuật đo phổ tương quan thăng giáng dựa trên tín hiệu tán xạ (phổ tương quan tán xạ - Scattering Correlation Spectroscopy
(SCS)) của các hạt nano được phát triển trong thời gian gần đây [145-147]. Nguyên lý và cấu hình hệ đo của hai phương pháp là tương tự nhau. Sự khác nhau chủ yếu là tương quan huỳnh quang FCS dựa trên sự thăng giáng huỳnh quang, còn tương quan tán xạ SCS dựa trên sự thăng giáng của ánh sáng tán xạ cộng hưởng. SCS thích hợp để đặc trưng các hạt không phát quang như các hạt kim loại quí như nano vàng. Kết quả đo phân bố kích thước phù hợp với các kết quả nhận được từ đo đạc hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [148].