纳米金对荧光素的荧光增效作用余林海1�莫志宏*1,2�万巧玲1�钱俊臻1(重庆大学化学化工学院1,微系统研究中心2,重庆400044)摘�要�纳米金对荧光素的荧光效率具有增强作用,其增强效果取决于纳米金的尺寸大小和浓度。粒径分别为5、15、25nm的纳米金与不同浓度的荧光素溶液作用后可以增强荧光强度3~10倍,同时讨论了溶液环境和pH值对荧光增强的影响。采用本实验提出的方法可以在生化检测方面提高荧光检测方法的灵敏度。关键词�纳米金,荧光增强,生化检测�2005-10-31收稿;2005-12-19接受1�引��言上世纪80年代,Weitz等报道[1]在表面增强拉曼散射中加入金属纳米粒子,能增强拉曼峰的强度,并将表面增强拉曼散射检测的灵敏度提高了3~5个数量级。1998年Sokolov等[2]将银纳米颗粒引入到荧光光谱中,发现了金属银纳米粒子组装成的膜能够增强荧光;Lakowicz等[3,4]在金属银纳米粒子表面包被硅层,再加入生物素化的牛血清白蛋白成膜后,可将Cy-3标记的链霉亲和素的荧光信号放大5~10倍;杨曼曼等[5]报道了生物大分子同某些配体形成配位化合物也可以增强荧光;李永放等[6]报道了多孔硅吸附荧光素钠分子使荧光峰的强度变大。溶液中金属纳米粒子的荧光行为同样引起了人们很大的关注,目前主要利用纳米粒子淬灭荧光对核酸、蛋白质进行定性定量研究[7~9],测量具有纳米介观尺度的蛋白质作用位点的距离[10]。但是液相中的荧光增效行为的研究很少,司民真等[11]在溶液中利用金属银纳米粒子可以增强染料分子的荧光,并研究了银纳米粒子电性和荧光增强的关系。由于纳米金特殊的稳定性、小尺寸效应、量子效应、表面效应等使它在许多领域表现出潜在的理论和应用价值[12]。本研究提出了溶液中不同粒径的纳米金作为荧光增强剂对荧光素的荧光强度进行增强的方法,未经过条件优化就能够增强荧光素的荧光3~10倍。纳米金本身在实验特定的波长下没有荧光,在荧光素溶液中间加入不同粒径和不同浓度的纳米金就能够增强荧光素溶液的荧光强度。文中讨论了纳米金增强荧光的原理,系统考察了纳米金粒径和溶液性质对荧光强度影响的规律。2�荧光增强的理论基础柠檬酸钠还原法制备的纳米金,由于表面电子和溶液发生交换,使得纳米金表面带正电荷,它吸附溶液中的OH-和柠檬酸根在其表面形成双电层。具有很大表面积的纳米金表面本身不仅能够与带有巯基、氨基的有机物形成共价键,还能够与蛋白质和表面活性剂发生吸附作用。因此,荧光素所含有的苯环可以同纳米金形成共价键,其他基团可以在纳米金表面发生吸附作用。根据有机化学理论[13],荧光通常是发生于具有刚性结构和平面结构的�电子共轭体系分子中,随着�电子共轭度和分子平面度的增加,荧光产率也将有较大幅度的增加。自由状态的荧光素分子属于平面结构,具有一定刚性。荧光素分子吸附到纳米金表面,一方面使荧光素的刚性化程度有所增加,提高荧光产率;另一方面由于吸附的作用,显著降低了分子与分子、分子与纳米金表面之间由于碰撞过程所导致的荧光猝灭效应。所以在较低浓度的荧光素溶液中间有一定的荧光增强,而且随着纳米金粒径的增加,纳米金的浓度会降低,故其增强荧光的临界点会出现一定变化。从量子理论来看,荧光量子产率和量子寿命遵从以下公式:Q=�/(�+knr),��=1/(�+knr)式中Q为量子产率,�为辐射量子产率,knr为无辐射量子衰变产率,�量子寿命。当荧光物质表面接第34卷2006年9月�����������分析化学(FENXIHUAXUE)�研究简报ChineseJournalofAnalyticalChemistry�����������第9期1307~1310近金属表面时会导致偶极的变化而改变发射比率、空间分布和辐射能量。荧光团振动偶极受到金属场的感应会导致荧光团入射场的变化,从而引起辐射衰变比率的变化而导致辐射量子产率增加,量子寿命变短,这与Lakowicz等[3]所报道的在银纳米球成膜表面的荧光增强的结论相同。随着加入的荧光素溶液的量变大,其作用表现为从增强荧光到猝灭荧光。其原因是弛豫过程中的过剩能量转移到了纳米金表面,而且溶液中的荧光素浓度变大之后,还伴随着能量损失导致的荧光猝灭:(1)分子间的碰撞导致的能量损失;(2)荧光素与加入的纳米金生成络合物所引起的荧光猝灭;(3)纳米金与荧光素的激发态分子之间...
