成都理工大学材料与化学化工学院, 四川 成都 610059
近年来, 金纳米粒子(AuNPs)因其极高的消光系数以及距离依赖性颜色而被广泛用于比色传感器的开发利用。 常见的盐诱导AuNPs聚集通过电荷屏蔽的方式进行, 聚集过程易受到干扰, 聚集后颜色往往不稳定, 而DNA染料通过电荷中和的方式实现AuNPs聚集, 该方法具有用量少, 聚集速度快, 并且稳定性好的优势, 因此对常见DNA染料进行筛选十分必要。 系统筛选了8种常见DNA染料包括EB、 AO、 TO、 SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和YOYO用于诱导AuNPs的快速聚集。 实验发现诱导AuNPs团聚的染料用量在0.18~2.6 μmol·L-1之间, 相比NaCl和Cys用量分别为60和20 mmol·L-1的传统诱导聚集方法用量仅为万分之一。 通过考察DNA染料诱导AuNPs聚集的“IC50”值(即诱导剂使AuNPs聚集的最大吸光度变化(A680/A520)的50%的浓度)评价聚集效率, 在筛选的8种DNA染料中, SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和 YOYO分子的“IC50”值在0.12~0.30 μmol·L-1之间, 相对较小, 诱导AuNPs聚集效率高。 由于带正电的N原子数量对AuNPs的聚集有关键性的作用, 即带正电的N原子数量越多, 中和AuNPs时的用量越少。 通过Marvin View中microspecies(微观结构式)和microspecies distribution(微观结构式分布)算出了具体带正电的N原子个数, 结果表明, 在pH=7条件下, SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和 YOYO分子带正电荷的N原子较多, 因此上述染料诱导AuNPs聚集效率高。 通过乔布曲线(Job)计算出双链DNA(dsDNA)碱基对与DNA染料的结合比, 结果表明相同条件下, 筛选的8种DNA染料与dsDNA碱基对的结合比相差不大。 结合实验拟合曲线计算出dsDNA与DNA染料的结合常数, 计算表明SG, YOYO, TOTO-3, PG与dsDNA的结合常数较大, 在2.75×109~3.12×1010 L·mol-1之间, 与DNA结合能力较强。 综合考虑SG、 PG、 YOYO、 TOTO-3等染料在快速诱导AuNPs聚集及比色传感方面效果较好。
DNA染料 纳米金 结合常数 传感 DNA dyes Gold nanoparticles (AuNPs) Binding constant Screening 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2805
1 北京工业大学环境与生命学部, 环境与病毒肿瘤学北京市重点实验室, 北京 100124
2 中国检验检疫科学研究院, 北京 100123
基于纳米金团簇(AuNCs)良好的光学稳定性、 生物相容性和简单无毒的制备方法, 开发了一种具有高度选择性、 高灵敏度且可视化的尿酸(UA)传感器。 使用牛血清白蛋白(BSA)作为模板合成了BSA-AuNCs。 在尿酸氧化酶的催化下, UA产生化学计量的过氧化氢(H2O2), 导致AuNCs的荧光猝灭。 此外, 发现BSA-AuNCs在该体系模拟过氧化物酶发挥酶活性, 它可以催化产物H2O2将底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB)氧化成ox-TMB, 此时BSA-AuNCs的发射光谱与ox-TMB的吸收光谱重叠, 发生了一种荧光共振能量转移(FRET)。 BSA-AuNCs作为供体将激发能量转移到受体ox-TMB, 使ox-TMB产生荧光, 同时BSA-AuNCs的荧光强度明显低于单独存在时的强度, 从而大大提高了UA检测的灵敏度。 在最佳条件下, 发现UA浓度在2~100 μmol·L-1猝灭程度线性关系良好, 线性方程为(F0-F)/F0=0.005 85cUA+0.103 64, 线性相关系数为0.995 4, UA的检出限为0.26 μmol·L-1, 远低于正常人体UA水平的最低限(90 μmol·L-1), 同时研究了血液样本中UA的加标回收, 回收率在97.3%~104.7%, 表明了该方法在临床血样UA的检测中具有很大的应用潜力, 为进一步的临床分析提供了良好的理论依据和方法学指导。
纳米金团簇 尿酸 过氧化氢 荧光共振能量转移 Gold nanoclusters Uric acid Hydrogen peroxide Fluorescence resonance energy transfer
特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海先进通信与数据科学研究院，上海大学，上海 200444
本文基于TDLAS技术，采用设计制备的微纳光纤气体吸收池，搭建了一套全光纤的NH3浓度检测系统。NH3检测系统的核心部分气体传感通过1.51 μm的微纳光纤完成，该系统检测结果表明，NH3在20000 ppm-100000 ppm浓度范围内，解调的二次谐波幅值与对应浓度之间具有良好的线性关系(拟合方程相关系数R=0.9962)。为了提高NH3浓度的检测性能，采用纳米金涂覆微纳光纤以增强光纤的倏逝场效应。根据实验结果，纳米金涂覆后的微纳光纤NH3浓度检测系统灵敏度有了很大提升，NH3浓度的检测下限可达到260 ppm。对不同浓度的NH3反复监测显示该检测系统稳定性良好，最大相对误差为5.38%，适用于长期稳定性的NH3监测，具有广泛的应用前景。
TDLAS技术 微纳光纤 纳米金涂覆 NH3浓度检测 technology of TDLAS microfiber gold-nanosphere coating NH3 concentration detection
1 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室, 陕西 西安710049
2 西安交通大学第二附属医院眼科, 陕西 西安 710004
纳米金颗粒可以有效增强激光诱导光学击穿效应,但不同脉冲激光下激光诱导光学击穿的机理不同。为了从微观角度揭示纳秒和飞秒激光照射纳米金颗粒过程中颗粒内部的光热转换和环境介质的变化,建立了脉冲激光加热水介质中纳米金棒的电子-声子双温度模型,结合实验研究,分析了不同激光能量密度和脉冲宽度对光热转换过程的影响,以及纳米金棒微观熔化特性的差异。结果显示,纳秒和飞秒激光照射下纳米金棒内部的电子和晶格温度的变化趋势基本一致。飞秒激光照射时纳米金棒的熔化阈值约为纳秒激光照射时的1%,纳秒激光照射时纳米金棒周围的水温更高。飞秒激光照射时纳米金棒形貌的改变主要以机械碎裂为主,而纳秒激光作用下则主要以热致纳米金棒熔化为主。
激光技术 纳米金棒 激光诱导光学击穿 光热效应 电子-声子双温度模型 中国激光
2021, 48(22): 2202014
郑州轻工业大学电气信息工程学院, 河南 郑州 450002
银凭借其独特的性能, 在医疗材料、 摄影、 电子、 成像等行业中应用广泛。 然而, 银离子被列为最具毒性的重金属离子之一, 会对环境以及人类的生命健康造成严重威胁。 为了灵敏、 特异性的检测水环境中的银离子浓度, 利用纳米金的优良光学猝灭性以及双链核酸适体捕获银离子能力更强的优点, 结合荧光能量共振转移原理, 提出一种用于检测水环境中银离子浓度的荧光适体传感器。 将修饰SH键的核酸适体与纳米金混合形成稳定的纳米结构, 并加入标记有FAM的核酸适体, 形成检测银离子浓度的工作溶液。 当不存在银离子时由于不匹配碱基C—C之间的排斥力导致两条核酸适体不结合, 反应体系中具有较强的荧光; 当存在银离子时, 双链核酸适体中不匹配的C—C能与银离子通过金属离子-碱基的相互作用形成稳定的C—Ag+—C碱基对, 这种复合结构的产生会拉近纳米金和荧光基团之间的距离, 使得荧光信号随着银离子浓度的增加而逐渐减弱。 根据加入银离子前后荧光强度的变化可实现银离子浓度的检测。 同时, 为了提高传感器的灵敏性和稳定性, 实验优化了工作溶液中纳米金与核酸适体的浓度比、 氯化钠浓度、 缓冲液的pH以及培养温度等参数。 结果表明, 当浓度为0.012 5 g·L-1的纳米金与5 μmol·L-1核酸适体的体积比为5∶1, NaCl浓度为260 mmol·L-1, 缓冲液pH 7, 培养温度为30 ℃时, 工作溶液初始荧光强度最强, 银离子检出限为10 nmol·L-1, 相关系数为R2=0.99。 此外, 该传感器对银离子的浓度检测表现出较好的特异性, 且具有操作简单、 灵敏和不引入有毒溶剂等优点, 在水环境中的银离子浓度检测领域有较好的应用前景。
荧光适体传感器 银离子浓度 荧光能量共振转移 纳米金 Fluorescence aptasensor Silver ion concentration Fluorescence energy resonance transfer Nano gold 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1066
1 吕梁学院 物理系，山西 吕梁 033000
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
激光诱导击穿光谱技术是一种近年来随着激光技术和光谱检测技术的发展而兴起的物质成分检测技术。该技术具有快速、无损、操作简单、无需样品处理等诸多优点，而传统LIBS检测方法存在谱线强度弱、信噪比低等缺点，直接影响定量分析精度。为了增强激光诱导击穿光谱发射强度，提高信噪比，设计了高度为1 mm，直径分别为2 、3、4 、5 、6 mm；直径为5 mm，高度为1 、2 、3、4、5、6 mm的不同腔体，应用粒径分别为10、20、30 nm的纳米金颗粒与腔体结合对样品等离子体进行作用。实验表明，最优腔体直径为5 mm，高度为4 mm；最优纳米金粒径为20 nm。相比传统LIBS，在最优腔体、最优纳米金和最优腔体与最优纳米金联合作用下，增强因子分别为20.6、7.3、31.3，柱形腔体可以提高等离子体电子温度，纳米金粒子对电子温度几乎没有影响。纳米金粒子与柱形腔体均能提高光谱信号信噪比，在最优腔体和最优纳米金联合作用下，信噪比最高。
激光诱导击穿光谱 最优柱形腔体 纳米金粒子 电子温度 信噪比 LIBS optimal size of cylindrical cavity Au-NPs electronic temperature SNR 红外与激光工程
2021, 50(1): 20200137
1 中国人民解放军军事科学院 防化研究院, 北京 102205
2 国民核生化防护国家重点实验室, 北京 102205
3 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
实验设计制备了一种由12层硫化锌包覆硒化镉的核壳型量子点(CdSe/12ZnS QDs)和纳米金颗粒(Au NPs)自组装形成的CdSe/12ZnS QDs/Au NPs复合结构, 并将其应用于神经性毒剂模拟剂氰基磷酸二乙酯(Diethyl Cyanophosphonate, DCNP)的高效检测。QDs由于与Au NPs存在荧光共振能量转移作用(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET)而发生荧光猝灭, 乙酰胆碱酯酶(AChE)水解氯化硫代乙酰胆碱(ATC)生成的硫胆碱能够将量子点取代而使量子点荧光恢复。当QDs与Au NPs的摩尔浓度比为20 : 1时, QDs荧光猝灭效果最佳, AChE浓度为1.0×10 -3 U/L时, QDs荧光恢复效果最好。DCNP的存在会抑制AChE的活性, 减少硫胆碱的生成并降低QDs的荧光恢复效率, 通过对QDs荧光恢复效率测定能够检测DCNP。在最优条件下对DCNP的检测结果表明, 量子点的荧光恢复效率与DCNP浓度的对数在5.0×10 -9~5.0×10 -4mol/L的范围内存在良好的线性关系, 检出限达5.0×10 -9mol/L。
量子点 纳米金颗粒 神经性毒剂模拟剂 荧光共振能量转移 quantum dots gold nanoparticles nerve agents mimic fluorescence resonance energy transfer
1 长春工业大学 化学与生命学院&材料科学高等研究院&材料科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林建筑大学, 吉林 长春 130118
基于贵金属表面局域等离子体共振(LSPR)调控上转换荧光的研究绝大部分集中于纳米颗粒或纳米棒, 即使同一复合结构对上转换荧光(UCL)也有或增强或猝灭的截然相反的报道, 而对于进一步提高上转换荧光材料的效率和强度以满足更广泛的应用需求则越来越引起人们高度关注。本文通过构筑两种纳米金/上转换纳米晶复合结构, 系统研究了各自的表面局域等离激元对上转换荧光的增强和猝灭效应, 基于微结构表征及对稳态、瞬态荧光光谱的分析, 阐述了波长依赖的上转换荧光增强和猝灭机理。结果显示超薄纳米金壳结构对Ho3+、Fe3+共掺杂纳米晶的绿光发射选择性地增强了25倍, 源于激发光能量与LSPR能量匹配的激发增强机制, 而在覆盖有超薄纳米金膜的上转换纳米晶复合结构中却观察到了金膜引起的Er上转换荧光猝灭, 同时红绿比随金膜厚度增加而增大, 来自于金膜对激发光的散射、金膜的LSPR吸收带与绿光发射能级耦合引起无辐射跃迁几率增加, 绿光上转换荧光强度下降相对显著, UCL寿命变短。
上转换发光 纳米金壳 表面等离激元 荧光猝灭 纳米金膜 upconversion luminescence gold nanoshell localized surface plasmon luminescence quenching gold nanofilm
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
提出了一种基于二氨基荧光素类一氧化氮 (NO)探针 DAF-FM的新型高效 NO检测方法。通过纳米金颗粒的添加，显著增强了探针荧光强度，同时 NO检测的灵敏度得到了显著的提高。该新型荧光探针可重复使用 24次以上，弥补了 DAF-FM的单次使用缺陷，实现了一氧化氮的可持续重复检测。
一氧化氮 (NO)检测 纳米金颗粒 荧光光谱 nitric oxide(NO) detection gold nanoparticles fluorescence spectroscopy
