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1、第34卷分析化學(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(重慶大學化學化工學院,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作用,其增強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熒光強度3~10倍,同時討論
2、了溶液環(huán)境和pH值對熒光增強的影響。采用本實驗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。關鍵詞納米金,熒光增強,生化檢測1引言[1]上世紀80年代,Weitz等報道在表面增強拉曼散射中加入金屬納米粒子,能增強拉曼峰的強度,[2]并將表面增強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]大的關注,目前主要利用納米粒子淬滅熒光對核酸、蛋白質(zhì)進行定性定量研究,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染料分子的熒光,并研究了銀納米粒子電性和熒光增強的關系。由于納米金特殊的穩(wěn)定性、小尺寸效應、量子效應、表
4、面效應等使它在許多領域表現(xiàn)出潛在的理論[12]和應用價值。本研究提出了溶液中不同粒徑的納米金作為熒光增強劑對熒光素的熒光強度進行增強的方法,未經(jīng)過條件優(yōu)化就能夠增強熒光素的熒光3~10倍。納米金本身在實驗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熒光素溶液的熒光強度。文中討論了納米金增強熒光的原理,系統(tǒng)考察了納米金粒徑和溶液性質(zhì)對熒光強度影響的規(guī)律。2熒光增強的理論基礎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,其他基團可以在納米金表面發(fā)生吸附作用。根據(jù)有機化學理論,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致的熒光猝滅效應。所以在較低濃度的熒光素溶液中間有一定的熒光增強,而且隨著納米金粒徑的增加,納米金的濃度會降低,故其增強熒光的臨界點會出現(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。當熒光物質(zhì)表面接2005-10-31收稿;2005-12-19接受1308分析化學第34卷近金屬表面時會導致偶極的變化而改變發(fā)射比率、空間分
7、布和輻射能量。熒光團振動偶極受到金屬場的感應會導致熒光團入射場的變化,從而引起輻射衰變比率的變化而導致輻射量子產(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致的熒光猝滅:(1)分子間的碰撞導致的能量損失;(2)熒光素與加入的納米金生成絡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實驗部分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)重慶大學研制;熒光分光光度計(RF5401
