董 軍，王麗萍

(西安郵電大學(xué) a.電子工程學(xué)院;b.紀委監(jiān)察處，西安 710121)

引言

熒光光譜技術(shù)是一種靈敏度高、無損實時、方式多樣的光譜檢測技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于生物細胞檢測、生物檢測等領(lǐng)域。[1]但隨著實際測量環(huán)境對檢測條件要求的提高，特別是對高信噪比、超低檢測下線的熒光光譜信號檢測應(yīng)用等方面，傳統(tǒng)熒光檢測方法已經(jīng)不能滿足要求。因此，進一步提高熒光光譜強度，獲取高強度熒光信號，已經(jīng)成為眾多科研工作者和工程技術(shù)人員的中心任務(wù)之一。[2]20世紀70年代，Drexhage等人[3]觀察到貴金屬表面對居于其附近熒光分子的輻射行為有較為顯著的調(diào)制效應(yīng)后，大量研究者通過物理拋光法[4]、磁控濺射法[5]、化學(xué)沉積法[6]等微納樣品制備技術(shù)，探索具有各種微觀形貌的金屬納米結(jié)構(gòu)襯底對熒光分子輻射光譜的調(diào)制行為。研究發(fā)現(xiàn)，金納米棒在激發(fā)光的誘導(dǎo)下產(chǎn)生表面等離激元，使得其表面附近局域電磁場得到急劇增強，能夠有效調(diào)制位于金納米棒附近的熒光分子的電子躍遷速率，實現(xiàn)增強分子熒光輻射強度的目的。[7]特別的，當金納米棒與DNA共軛嫁接后，可以實現(xiàn)DNA標記。[8]因此，金屬膠體在生物醫(yī)學(xué)、光譜傳感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。[9][10]研究表明，分子的熒光輻射強度與距離關(guān)聯(lián)型很強，當熒光分子與金屬納米結(jié)構(gòu)表面距離約為3-5nm時，襯底對其增強效果最為顯著。[2]當分子與金屬襯底直接接觸時，由于二者發(fā)生無輻射馳豫能量傳遞，出現(xiàn)熒光猝滅現(xiàn)象。[11]因此，選擇和制備合適的增強襯底對于研究熒光增強效應(yīng)具有重要意義。

本文采用晶種法制備具有大長徑比的金納米棒膠體，選擇Rh6G分子作為探針分子，利用激光光譜學(xué)方法，在532nm激光激發(fā)下，研究金納米棒膠體對探針分子的熒光增強效應(yīng)。

1 樣品制備

樣品制備所需藥品如下:氯金酸(HAuCl4)、硼氫化鈉(NaBH4)、鹽酸(HCl)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和抗壞血酸(Vc)，均為國產(chǎn)分析純試劑;實驗用水均為去離子水。

金納米棒采取晶種法制備，[12]即在硝酸銀體系中，檸檬酸鈉存在的條件下利用硼氫化鈉還原氯金酸制得金種子，通過調(diào)節(jié)PH制備出具有良好分散性的金納米棒。具體分以下步驟:第一步:量取40ml0.1M的CTAB放入燒杯中攪拌，滴加250ul2.5×10-4M的HAuCl4溶液;快速加入60ul0.1M的NaBH4溶液，當觀察到反應(yīng)液顏色由金黃色變?yōu)闇\棕色時，繼續(xù)攪拌2分鐘，置于35℃環(huán)境溫度下2小時，制得金種溶液。第二步:室溫條件下取10ml 0.1M的CTAB溶液，滴加500ul2.5 ×10-4M的HAuCl4溶液，待溶液顏色變?yōu)辄S棕色時，加入400ul0.01M的AgNO3溶液，再加入50ul0.1M抗壞血酸，當溶液變?yōu)橥该鳡顟B(tài)時，滴加80ulHCl和10ul制備好的金種子，待溶液穩(wěn)定后，在35℃環(huán)境溫度下靜置12h，除去紫色反應(yīng)液。用去離子水水洗、分散、離心，反復(fù)進行三次，除去金納米棒表面附著的CTAB分子，制備出長徑比為6(長度約為30nm，直徑約為5nm)的金納米棒(見圖1)。

圖1 金納米棒的透射電子顯微鏡表征圖

2 結(jié)果與討論

本實驗選擇532nm的連續(xù)激光作為激發(fā)光，利用激光光譜學(xué)方法，研究所制備金納米棒膠體對Rh6G分子的熒光信號增強效應(yīng)。光譜測試樣品采取以下步驟:將制備好的金納米棒與一定濃度的Rh6G分子溶液(5×10-6M)混合，并放入超聲池振蕩20分鐘，確保金納米棒與探針分子充分混合，制備得到待測樣品。熒光信號的采集和記錄系統(tǒng)采用美國海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的USB4000-VIS/NIR攝譜系統(tǒng)，截止濾波片用于去除激發(fā)光及干擾光。532nm激光激發(fā)沉積在襯底表面Rh6G分子的熒光光譜圖見圖2。

根據(jù)圖2可知，當Rh6G分子溶液中摻入金納米棒膠體后，分子熒光強度約為未摻入金納米棒膠體時輻射強度的1.9倍，很明顯，金納米棒的引入，對探針分子的熒光輻射強度有顯著的增強效應(yīng)。

圖2 532nm激光激發(fā)下Rh6G分子熒光光譜圖

根據(jù)局域電磁增強機理，分析金納米棒對Rh6G分子的熒光輻射增強作用機理:探針分子的熒光輻射來源于自由態(tài)的熒光輻射，即光子輻射來源于激發(fā)態(tài)和基態(tài)間的電子躍遷。當Rh6G分子摻入金納米棒后，金納米棒在外光場激發(fā)下，其表面將會產(chǎn)生表面等離激元共振，從而形成強局域電磁場。[13]因此，居于金納米棒表面附近Rh6G分子的電子躍遷將會受到調(diào)制，即金納米棒與羅丹明分子可以與所形成的表面等離激元共振發(fā)射，將有助于提升分子的熒光輻射效率，從而獲得熒光增強作用。[14]如前所述，當熒光分子與金屬納米棒間的距離較小時，激發(fā)態(tài)的熒光分子將能量轉(zhuǎn)移給金納米棒，無輻射衰減速率增加，熒光猝滅。[15]因此，處于局域場中的熒光分子在光學(xué)力的作用下，被吸引到金屬納米顆粒的間隙處，受到的局域場強度最大，從而有效地實現(xiàn)了熒光輻射的增強效應(yīng)。

結(jié)論

本文通過晶種法，制備出長徑比為6的金納米棒膠體，利用激發(fā)光譜學(xué)方法，在532nm激光激發(fā)下，研究所制備襯底對Rh6G分子的熒光增強效應(yīng)，結(jié)果表明，所制備金納米棒對羅丹明6G分子的熒光輻射強度具有明顯的增強作用。根據(jù)局域場增強機理，金納米棒表面的強電磁場分布是獲得熒光增強效應(yīng)的關(guān)鍵因素。利用金納米棒膠體體系，可以獲得熒光增強效應(yīng)，這為制備高增強效應(yīng)的光譜傳感襯底提供了實驗依據(jù)。

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