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1、第34卷分析化學(xué)(FENXIHUAXUE)研究簡報第9期2006年9月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1307~1310納米金對熒光素的熒光增效作用1*1,211余林海莫志宏萬巧玲錢俊臻12(重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,微系統(tǒng)研究中心,重慶400044)摘要納米金對熒光素的熒光效率具有增強(qiáng)作用,其增強(qiáng)效果取決于納米金的尺寸大小和濃度。粒徑分別為5、15、25nm的納米金與不同濃度的熒光素溶液作用后可以增強(qiáng)熒光強(qiáng)度3~10倍,同時討論
2、了溶液環(huán)境和pH值對熒光增強(qiáng)的影響。采用本實(shí)驗(yàn)提出的方法可以在生化檢測方面提高熒光檢測方法的靈敏度。關(guān)鍵詞納米金,熒光增強(qiáng),生化檢測1引言[1]上世紀(jì)80年代,Weitz等報道在表面增強(qiáng)拉曼散射中加入金屬納米粒子,能增強(qiáng)拉曼峰的強(qiáng)度,[2]并將表面增強(qiáng)拉曼散射檢測的靈敏度提高了3~5個數(shù)量級。1998年Sokolov等將銀納米顆粒引入[3,4]到熒光光譜中,發(fā)現(xiàn)了金屬銀納米粒子組裝成的膜能夠增強(qiáng)熒光;Lakowicz等在金屬銀納米粒子表面包被硅層,再加入生物素化的牛血清白蛋白成膜后,可將Cy-3標(biāo)記的鏈霉親和素
3、的熒光信號放大[5][6]5~10倍;楊曼曼等報道了生物大分子同某些配體形成配位化合物也可以增強(qiáng)熒光;李永放等報道了多孔硅吸附熒光素鈉分子使熒光峰的強(qiáng)度變大。溶液中金屬納米粒子的熒光行為同樣引起了人們很[7~9]大的關(guān)注,目前主要利用納米粒子淬滅熒光對核酸、蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量研究,測量具有納米介觀[10][11]尺度的蛋白質(zhì)作用位點(diǎn)的距離。但是液相中的熒光增效行為的研究很少,司民真等在溶液中利用金屬銀納米粒子可以增強(qiáng)染料分子的熒光,并研究了銀納米粒子電性和熒光增強(qiáng)的關(guān)系。由于納米金特殊的穩(wěn)定性、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表
4、面效應(yīng)等使它在許多領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的理論[12]和應(yīng)用價值。本研究提出了溶液中不同粒徑的納米金作為熒光增強(qiáng)劑對熒光素的熒光強(qiáng)度進(jìn)行增強(qiáng)的方法,未經(jīng)過條件優(yōu)化就能夠增強(qiáng)熒光素的熒光3~10倍。納米金本身在實(shí)驗(yàn)特定的波長下沒有熒光,在熒光素溶液中間加入不同粒徑和不同濃度的納米金就能夠增強(qiáng)熒光素溶液的熒光強(qiáng)度。文中討論了納米金增強(qiáng)熒光的原理,系統(tǒng)考察了納米金粒徑和溶液性質(zhì)對熒光強(qiáng)度影響的規(guī)律。2熒光增強(qiáng)的理論基礎(chǔ)檸檬酸鈉還原法制備的納米金,由于表面電子和溶液發(fā)生交換,使得納米金表面帶正電荷,它吸附-溶液中的OH和檸檬酸根在其
5、表面形成雙電層。具有很大表面積的納米金表面本身不僅能夠與帶有巰基、氨基的有機(jī)物形成共價鍵,還能夠與蛋白質(zhì)和表面活性劑發(fā)生吸附作用。因此,熒光素所含有的[13]苯環(huán)可以同納米金形成共價鍵,其他基團(tuán)可以在納米金表面發(fā)生吸附作用。根據(jù)有機(jī)化學(xué)理論,熒光通常是發(fā)生于具有剛性結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)的電子共軛體系分子中,隨著電子共軛度和分子平面度的增加,熒光產(chǎn)率也將有較大幅度的增加。自由狀態(tài)的熒光素分子屬于平面結(jié)構(gòu),具有一定剛性。熒光素分子吸附到納米金表面,一方面使熒光素的剛性化程度有所增加,提高熒光產(chǎn)率;另一方面由于吸附的作用,顯著
6、降低了分子與分子、分子與納米金表面之間由于碰撞過程所導(dǎo)致的熒光猝滅效應(yīng)。所以在較低濃度的熒光素溶液中間有一定的熒光增強(qiáng),而且隨著納米金粒徑的增加,納米金的濃度會降低,故其增強(qiáng)熒光的臨界點(diǎn)會出現(xiàn)一定變化。從量子理論來看,熒光量子產(chǎn)率和量子壽命遵從以下公式:Q=/(+knr),=1/(+knr)式中Q為量子產(chǎn)率,為輻射量子產(chǎn)率,knr為無輻射量子衰變產(chǎn)率,量子壽命。當(dāng)熒光物質(zhì)表面接2005-10-31收稿;2005-12-19接受1308分析化學(xué)第34卷近金屬表面時會導(dǎo)致偶極的變化而改變發(fā)射比率、空間分
7、布和輻射能量。熒光團(tuán)振動偶極受到金屬場的感應(yīng)會導(dǎo)致熒光團(tuán)入射場的變化,從而引起輻射衰變比率的變化而導(dǎo)致輻射量子產(chǎn)率增加,量子壽命[3]變短,這與Lakowicz等所報道的在銀納米球成膜表面的熒光增強(qiáng)的結(jié)論相同。隨著加入的熒光素溶液的量變大,其作用表現(xiàn)為從增強(qiáng)熒光到猝滅熒光。其原因是弛豫過程中的過剩能量轉(zhuǎn)移到了納米金表面,而且溶液中的熒光素濃度變大之后,還伴隨著能量損失導(dǎo)致的熒光猝滅:(1)分子間的碰撞導(dǎo)致的能量損失;(2)熒光素與加入的納米金生成絡(luò)合物所引起的熒光猝滅;(3)納米金與熒光素的激發(fā)態(tài)分子之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而
8、引起熒光猝滅。3實(shí)驗(yàn)部分3.1試劑與儀器氯金酸,分析純(上海試劑一廠);檸檬酸三鈉,分析純(重慶化學(xué)試劑總廠);熒光素,分析純(上海三愛思試劑有限公司);NaC、lNaH2PO4、Na2HPO4、乙醇均為分析純,水為高純水(>12.0M)。掃描隧道顯微鏡(STM.-IPC-205B)重慶大學(xué)研制;熒光分光光度計(jì)(RF5401
