1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241
2 中国科学院化学研究所分子反应动力学实验室, 北京 100190
当前, 有关量子点pH响应方面的研究主要集中在含Cd(镉)类量子点, 且都是研究其稳态荧光光谱对pH值的响应。 然而, Cd类量子点对生物体系具有一定的毒性, 且稳态荧光光谱法由于受浓度等因素的影响具有一定的不稳定性, 因此应用于生物体系中作为pH探针具有明显的缺点。 基于以上分析, 通过水相合成法, 我们制备出了基于谷胱甘肽配体的水溶性ZnSe量子点, 该量子点具有毒性小, 生物兼容性好等特点, 适合被应用于生物体系中。 利用所制备的ZnSe量子点, 采用时间相关单光子计数技术, 结合紫外可见吸收光谱和稳态荧光光谱, 对pH值在5~11不同环境下的ZnSe量子点荧光动力学进行了系统性的研究。 ZnSe量子点荧光衰减具有两个寿命组分, 拟合得到分别为4和24 ns。 通过采集不同探测波长下ZnSe量子点荧光衰减曲线, 发现其长寿命组分随探测波长的增加而增加, 而短寿命组分基本不随探测波长的改变而改变, 结合有关报道分析判断, 短寿命和长寿命组分分别来源于核内非局域载流子复合和表面态局域载流子复合。 实验发现, 处于不同pH值的环境下的ZnSe量子点具有不同的荧光寿命, 其荧光寿命与pH值的变化呈负相关。 通过比较ZnSe量子点两种荧光寿命组分随pH值的变化关系, 发现ZnSe量子点的荧光寿命对pH值的响应主要来源于长寿命组分即表面态寿命, 且在不同pH值范围内响应的灵敏度不同, 在6~8的pH值范围内响应最为显著, 表现为长寿命组分随pH值的增加出现一个较大幅度的衰减。 实验进一步发现, ZnSe量子点两个寿命组分的比值在不同pH值范围内具有较好的线性相关性, 但在不同pH值范围内斜率不同, 通过比较, 最大值在pH值为6~8的范围内。 另外, 与金属钠离子相互作用实验及相关报道表明, 金属离子对ZnSe量子点荧光寿命的影响较小。 以上研究表明, ZnSe量子点在生物体系pH值检测中具有良好的应用前景。
ZnSe量子点 荧光寿命 pH值 时间分辨荧光光谱 ZnSe quantum dots Fluorescence lifetime pH value Time-resolved fluorescence spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3178
应用FLS920P型稳态和时间分辨荧光光谱仪, 对三种品牌不同脂肪含量的纯牛奶和鲜奶(共9种)进行了荧光光谱的测量。 9种牛奶样品的三维荧光光谱显示, 牛奶的荧光峰值波长为349 nm左右, 半高宽为66 nm左右, 最佳激发波长为291 nm左右, 平均寿命为4.6 ns左右, 实验表明9种牛奶的荧光光谱除荧光强度外基本一致。 实验测得酪蛋白溶液的荧光峰值波长为344 nm, 半高宽为66 nm, 最佳激发波长为295 nm, 荧光寿命为4.1 ns。 酪蛋白的荧光峰值波长和荧光寿命与牛奶基本一致, 对比牛奶中其他荧光物质后, 推断牛奶的主要荧光物质为酪蛋白。 进一步探究9种牛奶荧光强度的差别, 对比9种牛奶最佳激发波长下的荧光发射光谱, 相同品牌的全脂牛奶荧光强度明显低于脱脂牛奶。 对比全脂牛奶、 脱脂牛奶和离心处理的全脂牛奶归一化后的荧光光谱, 离心后的全脂牛奶荧光强度介于全脂和脱脂之间, 离心使得脂肪减少, 散射降低, 从而导致荧光强度的增强。 牛奶的荧光发射全谱显示全脂牛奶的瑞利散射强度明显高于脱脂牛奶, 全脂牛奶的脂肪含量高, 散射强, 激发光入射全脂牛奶后更多地被散射, 导致全脂牛奶的瑞利散射强度高于脱脂牛奶。 光透过率曲线显示全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶, 入射光通过全脂牛奶时, 除了一部分被酪蛋白吸收以外, 还有一部分因脂肪的散射而损失, 透过率减小, 使得全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶。 使用荧光光谱技术在不进行预处理的情况下对牛奶进行检测, 确定了牛奶的主要荧光物质, 并对全脂牛奶和脱脂牛奶荧光强度存在差别的原因进行了解释。
牛奶 三维荧光光谱 时间分辨荧光光谱 酪蛋白 散射 Milk Three-dimensional fluorescence spectra Time-resolved fluorescence spectra Casein Scattering 
Author Affiliations
Abstract
1 Optoelectronics System Laboratory, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronics Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
An enhancement method of rapid lifetime determination is proposed for time-resolved fluorescence imaging to discriminate substances with approximate fluorescence lifetime in forensic examination. In the method, an image-exclusive-OR treatment with filter threshold adaptively chosen is presented to extract the region of interest from dual-gated fluorescence intensity images, and then the fluorescence lifetime image is reconstructed based on the rapid lifetime determination algorithm. Furthermore, a maximum and minimum threshold filtering is developed to automatically realize visualization enhancement of the lifetime image. In proof experiments, compared with traditional fluorescence intensity imaging and rapid lifetime determination method, the proposed method automatically distinguishes altered and obliterated documents written by two brands of highlighters with the same color and close fluorescence lifetime.
time-resolved fluorescence imaging fluorescence lifetime image visualization enhancement dual-gated intensity-correlation forensic examination Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 041101
1 中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081
2 中央民族大学 理学院, 北京 100081
3 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
过氧化氢(H2O2)是活性氧类的主要标志物, 它与多种疾病如神经退行性疾病密切相关。本文设计了一种检测细胞内过氧化氢的荧光过氧化氢酶纳米传感器。这种纳米传感器由含多聚赖氨酸、辣根过氧化物酶的生物相容性外壳和含有氧探针的多孔聚合物基质的氧传感核组成。辣根过氧化物酶(HRP)催化H2O2生成氧, 进而通过荧光氧气探针进行探测。该酶纳米传感器的流体动力学尺寸约为270 nm, zeta电位为-18 mV, 具有良好的生物相容性。它的荧光比率和时间分辨荧光均对H2O2高度敏感。此外, 该纳米传感器可以被活细胞有效地摄取, 从而可以用TRF 方式灵敏地检测细胞内的H2O2浓度。结果表明, 本实验制备的酶纳米传感器有望进一步用于监测H2O2相关的细胞生化反应, 如氧化应激。
过氧化氢 纳米传感器 时间分辨荧光 比率荧光 氧化应激 H2O2 nanosensor time-resolved fluorescence(TRF) ratiometric fluorescence oxidative stress
浙江大学能源工程学院(能源清洁利用国家重点实验室), 浙江 杭州 310027
以丙烷-空气扩散火焰为研究对象,联合激光诱导荧光与激光诱导炽光,在不同探测波长下,对火焰中多环芳烃(PAH)的二维分布进行测量,分析火焰中PAH荧光信号的分布特征。结果表明:在丙烷扩散火焰燃烧中,小环PAH逐渐变为大环PAH,随后形成碳烟;通过测量火焰不同位置处的荧光时间分辨信号发现,在相同的条件下,荧光波长越大,其对应的PAH环数越多,相对分子质量越大,荧光衰减时间越长;随着火焰高度位置升高,荧光信号的衰减时间受温度升高的影响呈下降趋势。
光谱学 激光诱导荧光 多环芳烃 时间分辨信号 荧光衰减时间
1 江南大学 理学院，无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心，无锡 214122
为了研究模拟白酒环境中乙酸乙酯荧光衰减的影响，采用测得不同体积分数的乙酸乙酯乙醇水溶液的稳态及时间分辨荧光光谱结合量子化学计算的方法，进行了实验测量和理论分析。结果表明，乙酸乙酯的荧光峰值分别在407nm和431nm，荧光寿命均约为1.4ns；不同体积分数乙酸乙酯乙醇水溶液衰减过程中有两种荧光寿命，其中短寿命成分为乙酸乙酯，长寿命成分为乙酸乙酯和乙醇、水分子形成的多聚体结构；多聚体结构中分子间相互作用使得乙酸乙酯的平面性提高，这有利于辐射跃迁;水分子通过氢键和范德华力连接乙酸乙酯和乙醇的二聚体形成层状结构，阻碍了荧光体的运动，从而减少非辐射跃迁，使得荧光寿命延长。这一结果有助于丰富白酒中有机物的检测方法，也为研究溶剂环境对分子构象及光谱特性变化提供了一定的帮助。
光谱学 时间分辨荧光光谱 密度泛函理论 荧光寿命 乙酸乙酯 spectroscopy time-resolved fluorescence spectroscopy density functional theory fluorescence lifetime ethyl acetate
1 吉林大学第二医院, 吉林 长春 130041
2 中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 长春 130022
稀土螯合物的制备是均相时间分辨荧光免疫分析中的关键部分, 为了合成理想的稀土螯合物, 以2,6-二(溴甲基)吡啶-3,5-二甲酸二乙酯为原料, 首先优化合成了Li+2,6-{N,N’,N,N’-［二(2,2’-联吡啶-6,6’-二甲基)］二(氨甲基)}-吡啶-二羧酸乙酯, 使其产率明显提高。 进一步选择乙腈和甲醇两种反应体系合成铕螯合物, 并比较了不同反应体系下合成的铕螯合物的光谱性质。 研究表明, 乙腈和甲醇两种反应体系所得铕螯合物的激发光谱(最大激发波长为310 nm)、 发射光谱(最大发射波长为616 nm)、 量子产率基本相同, 荧光强度在10-8～10-5 mol·L-1范围内与Eu3+浓度均成线性, 相关系数分别为0.993 73和0.986 65, 两种铕螯合物(c=2.5×10-5 mol·L-1)的荧光强度略有差异, 荧光寿命分别为825和830 μs。 因此, 两种反应体系所得铕螯合物具有斯托克斯位移大、 荧光强度强以及荧光寿命长等优点, 并且此种穴状螯合剂结构中的吡啶-2,2-联吡啶可保护铕离子免受其他物质的干扰, 是理想的稀土螯合物, 可用于蛋白质、 核酸等生物分子的标记。 本研究不仅拓展了合成新型稀土螯合物的方法, 而且为进一步建立均相时间分辨荧光免疫分析奠定了基础。
均相时间分辨荧光免疫分析 稀土穴状螯合物 合成 光谱性质 Homogeneous time-resolved fluorescence immunoassay Rare earth cryptate Synthesis Spectral property 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2189
1 精密光谱科学与技术国家重点实验室， 华东师范大学， 上海 200062
2 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
葡萄球菌核酸酶（SNase）是一种小型球状蛋白， 其变体常用来研究蛋白质的折叠过程。 不同于之前报道的研究方法和技术手段， 采用时间相关单光子计数（TCSPC）及飞秒荧光上转换技术， 结合紫外吸收谱和稳态荧光光谱， 研究了SNase蛋白变体Δ+PHS和Δ+PHS+I92A的荧光动力学， 以及不同温度下蛋白结构与热稳定性的关系， 证明蛋白质内色氨酸残基可作为一种内源性探针对蛋白变体的结构折叠和热稳定性进行印证和研究。 衰减相关光谱（DAS）表明了两种变体随温度变化的不同趋势， 在此基础上进一步分析了这两种变体的结构折叠及热稳定性的差异。 皮秒时间分辨发射光谱（TRES）显示色氨酸残基存在05 ns的连续光谱弛豫过程， 而光谱移动量可作为SNase变体蛋白结构紧密程度的判断依据。 飞秒上转换数据分析结果中， 05 ps的DAS在光谱蓝端为正、 红端为负， 表明了色氨酸残基受到弛豫效应的影响。 200 ps的寿命则说明色氨酸残基与周围猝灭基团之间存在电子转移过程。 时间分辨荧光各向异性（anisotropy）的分析结果则说明了色氨酸残基在蛋白质体系内具有独立的局部运动， 且其强弱与变体的热稳定性和热运动的整体效果有关。 测量和分析色氨酸残基的时间分辨荧光性质为深入研究SNase蛋白的结构和功能提供了新的思路。
时间分辨荧光 色氨酸 荧光动力学 葡萄球菌核酸酶 Time-resolved fluorescence Tryptophan Fluorescence dynamics Staphylococcal nuclease 光谱学与光谱分析
2018, 38(5): 1451
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
提出了一种基于时间分辨荧光光谱分析法同时测定己酸乙酯和乙酸乙酯混合液中各组分浓度的方法。 实验测得两种单体物质的荧光发射光谱重叠度达到78%。 对于荧光发射光谱重叠度很高的物质使用普通荧光方法结合算法也很难进行定量分析。 而通过量子化学计算结果, 对两种单体的分子结构分析, 得到己酸乙酯的荧光寿命长于乙酸乙酯。 通过时间分辨荧光光谱测量得到己酸乙酯和乙酸乙酯的荧光寿命分别为10和53 ns。 两种物质的荧光发射光谱重叠严重, 但是其荧光衰减曲线有明显的差别, 所以提出使用时间分辨荧光光谱法对两种物质进行定量分析。 通过分析两种物质不同体积比下的荧光衰减曲线的变化趋势, 建立两种物质体积比的预测模型, 并对其进行检验。 实验结果表明: 该方法能够实现混合溶液中各组分体积比的测量, 其测量的平均残差控制在1%以内, 具有一定的实用价值。
时间分辨荧光光谱 荧光寿命 定量分析 己酸乙酯 乙酸乙酯 Time resolved fluorescence spectra Fluorescent lifetime Quantitative analysis Ethyl caproate Ethyl acetate
