DSAZn与槲皮素的配位结合及对槲皮素的高灵敏度检测

槲皮素为天然黄酮类化合物,可用于高血压、高血脂、心血管疾病、癌症等的预防和治疗;槲皮素的定量检测在生物化学、临床医学等领域尤为重要。利用分子荧光物质(DSAZn)的聚集诱导发光现象(AIE),通过配位作用识别靶标分子槲皮素,结合激发态电子转移原理,提出了一种AIE型荧光分子对槲皮素的高灵敏度、高选择性检测方法。实验研究了pH 7.0的PBS缓冲液中DSAZn的荧光随着五种药物分子（槲皮素、淫羊藿素、异鼠李素、芦丁、多巴胺）加入后的变化情况。采用荧光分光光度计,以415 nm为激发波长,扫描435~680 nm的荧光发射光谱。采用紫外分光光度计,扫描DSAZn 250~750 nm的紫外吸收光谱。紫外检测表明中药分子槲皮素可以与AIE荧光探针形成复合物,因此加入槲皮素后AIE探针的荧光被静态猝灭。荧光检测表明五种药物分子对荧光探针的猝灭强弱有明显差异,槲皮素与DSAZn结合常数为1.34×107 L·mol-1,比其他四种药物分子和DSAZn的结合常数高出一个数量级,显示出DSAZn对槲皮素具有较好的选择性。槲皮素的检测限为3.07 nmol·L-1,低于诸多文献已报道的参考值,表明DSAZn对槲皮素的识别具有较高的灵敏度。由荧光滴定光谱和荧光滴定曲线得到槲皮素对DSAZn的滴定方程为：y=0.013 4x-0.294 82,槲皮素浓度在0~5 μmol·L-1范围内线性关系良好,线性相关系数r=0.994 3。由此构建出一种AIE型荧光分子对槲皮素的高选择性、高灵敏度检测方法,该方法操作简便、重复性好,为具有相似结构药物的检测提供了新的研究思路。     

透射式扫描近场光学显微镜探针光场分布及其受激荧光分子光场分布研究

通过利用经Grober发展的Bethe模型,计算了透射式近场光学显微镜探针针尖附近及进入样 品后的光场分布,研究了它的横向分辨率、透射深度、透射系数等问题.模拟在光学近场激 发下生物荧光分子成像的过程,研究了荧光分子的极化方向和入射光偏振方向对信号收集的影响,发现荧光图像是偏振极性和荧光分子极性共同作用的结果. 关键词： 近场光学 光场分布 荧光分子成像     

分子荧光光谱法及其工程应用

在阐明分子荧光光谱法的基本原理及特点的基础上,讨论了荧光光潜法在环境监测、肿瘤诊断、鉴别酒的真假和品牌等方面的应用.并且对分子荧光光谱法的应用前景进行了展望.     

胭脂红分子结构的量子化学计算及荧光光谱机理研究

运用Gaussian 09W量子化学程序包,对胭脂红分子进行基态和激发态几何结构构型优化,计算得到激发态电子结构、分子前线轨道和发射光谱等信息;应用英国Edinburgh FLS920P 光谱仪,实验测定胭脂红溶液的荧光光谱。比较荧光发射光谱的计算值与实验值,吻合较好,说明优化所得构型基本合理。进一步对比胭脂红分子基态和激发态结构,分析荧光光谱产生的机理,发现胭脂红分子激发态几乎呈平面结构,为强荧光物质,其荧光由139→137轨道的跃迁产生。     

蒽、苝和1-氨基蒽醌水溶胶的制备及其荧光性能的研究

用再沉淀法分别制备了蒽、苝和1-氨基蒽醌水溶胶,研究了三者在水溶液中的荧光光谱,通过与其对应的分子荧光光谱比较,发现蒽和苝的水溶胶荧光光谱发生了红移,而1-氨基蒽醌分子从无荧光到它的水溶胶有荧光的转变,根据荧光和分子结构关系,得出3种溶胶是通过分子之间相互重叠聚集而成。同时因为他们为平面型分子,因此π电子共轭度大,使得荧光容易激发和发射,荧光光谱向长波方向移动。     

基于荧光光谱技术研究胶原蛋白溶液中分子的聚集行为

对胶原分子聚集行为的研究,不仅能改善其理化特性,同时也为其在食品、组织工程和生物医药等领域的应用提供理论指导。基于胶原分子中苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr)的内源荧光特性,采用常规波长、同步荧光和二维(2D)荧光光谱技术研究了不同浓度和温度下胶原分子的聚集行为。研究结果表明：(1)在激发波长275 nm条件下,胶原分子仅在发射波长303 nm处出现了归属于Tyr的特征峰;选取波长差(Δλ)为15 nm的同步荧光扫描胶原分子,发现其在261和282 nm处出现了分别归属于Phe和Tyr的特征峰。(2)特征峰的荧光强度与胶原浓度呈现良好的线性关系,表明了基于常规波长和同步荧光光谱技术对胶原定量分析的可行性。(3)随着胶原浓度的增加,Tyr和Phe的含量逐渐增大,且胶原分子间距逐渐降低并聚集成纤维束,使得Tyr和Phe相互靠近并参与形成大量的氢键,从而导致荧光强度不断增大。然而随着温度的升高,荧光基团与溶剂碰撞的猝灭机会增大,且胶原分子中Tyr和Phe的荧光量子产率逐渐降低,同时胶原分子动能增大,其聚集体逐渐松散,其三股螺旋结构逐渐坍塌,Tyr和Phe参与形成的氢键被破坏,从而导致荧光强度随温度的升高不断降低。(4)275 nm常规波长的2D荧光光谱分析表明,胶原分子在297,303和310 nm处出现了相关峰,其中303 nm归属于Tyr,297 nm归属于胶原分子聚集过程中参与氢键形成的Tyr;310 nm可能归属于Tyr的激发态,其不断的蓝移形成稳定的基团,以便参与氢键的形成,从而促进了胶原分子的聚集。以浓度为外扰的基团响应顺序为303 nm>297 nm>310 nm;以温度为外扰的基团响应顺序为297 nm>310 nm>303 nm。(5)2D同步荧光光谱分析表明,随着胶原浓度和温度的升高,Phe均比Tyr优先响应。综上,采用常规波长、同步荧光光谱技术均能较好的研究胶原分子在不同浓度和温度下的聚集行为,且为胶原的定量分析提供了一种新的方法,但同步荧光光谱技术可将量子产率较低的Phe显现出来,体现了其具有窄化谱带和提升分辨率的优点。此外,结合2D荧光分析技术,可进一步研究胶原分子基团的响应顺序。     

三通道式光子计数法测量荧光量子效率

荧光量子效率是一个重要的光化学和光物理参数。它不仅定量地描述了荧光物质分子辐射过程特性,而且同其它光物理参数相结合能计算无辐射弛予过程动力学参数,从而全面地阐明荧光物质分子激发态弛予过程微观动力学图象。另一方面,如能精确地测得荧光分子激发态寿命,则荧光最子效率就能用来计算反映荧光分子内禀性质的自然寿命。通常认为荧光光谱、荧光寿命和荧光量子效率是表征荧光分子光物理过程特性的三个重要参数。荧光量子效率被定义为以激发态S_1荧光发射的光子数占总吸收光子数的分数。按照测最方法来分类,有绝对最子效率(Absolute Quantun yield)和相对量子效率(Relative Quantun yied)。绝对最子效     

单分子尺度的光量子态调控与单分子电致发光研究

分子尺度上的光电相互作用研究可以为发展未来信息和能源技术提供科学基础.扫描隧道显微镜不仅可以用来观察和操纵纳米世界中的原子和分子,而且其高度局域化的隧穿电流还可以被用来激发隧道结中的分子,使之发光,以研究局域场下的分子光电特性.本文综述了中国科学技术大学单分子光电研究组近期在锌酞菁分子电致发光方面取得的科学进展,包括：1）利用有效的电子脱耦合与纳腔等离激元调控技术,实现了隧穿电子激发下的单个锌酞菁分子的电致荧光,并通过发展相关的光子发射统计测量方法,表征了单个分子在隧穿电子激发下的电致荧光具有单光子发射特性;2）发展了具有亚纳米空间分辨的荧光光谱成像技术,实现了对酞菁分子间相干偶极相互作用特征的实空间观察;3）对分子与纳腔等离激元之间的相干耦合作用进行了亚纳米精度的操控,在单分子水平上观察到了法诺共振和兰姆位移效应.这些研究结果不仅为研发基于有机分子的电泵纳米光源与单光子光源等分子光电器件提供了新的思路,而且为在单分子尺度上研究分子光电特性、分子间能量转移以及场与物质之间的相互作用规律等提供了新的表征方法.     

单分子的荧光特性及其在生物学上的应用

近年来,单分子探测在许多学科领域的研究取得了显著的进展。它为科学家提供了一种新的手段来研究这些领域的前沿课题。光学和光谱技术是单分子探测最常用的方法之一。单个分子的荧光强度的涨落及其荧光的偏振特性是单分子荧光的重要特征,在单分子探测的广泛应用中,人们正是利用这种单个分子的重要特征来研究和推测生物大分子的结构和功能。文章简要介绍了单分子的荧光特点、探测方法及其在生物学中的应用。     

取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质影响的理论探究

双光子荧光染料分子在生物医学成像中具有广阔的应用前景,但取代效应对分子结构以及光物理性质影响的探求相对匮乏. 本文设计并研究了一系列脂滴检测染料分子,分析了分子的光学性质以及无辐射跃迁等. 通过分子内弱相互作用和电子- 空穴布居分析,阐述了其内在机理. 结果表明,所研究的分子均具有优良的光物理性能、高效荧光量子产量、大的斯托克斯位移以及显著的双光子吸收截面等. 本工作合理地解释了实验现象并阐述了取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质的影响,这为设计新型的高效有机分子提供了理论指导.     

血清白蛋白与小分子化合物相互作用的荧光光谱研究

以牛血清白蛋白-Triton X-100和牛血清白蛋白-盐酸西布曲明两个体系为实例,考察了以血清白蛋白和小分子化合物为荧光检测对象所获得的相互作用信息的差异。发现两种方法获得的分子间结合常数差异显著,说明在以血清白蛋白为检测对象的传统荧光光谱法中,以色氨酸基团的荧光光谱所表达的信息来代表整个蛋白分子的相互作用信息是不准确的。文章提出了以荧光小分子化合物为检测对象的改进荧光光谱方法和荧光背景扣除方法,前者能全面表达相互作用过程中分子的整体信息,后者实现了荧光光谱交叠体系的荧光光谱法相互作用分析。     

由激光诱导荧光方法探测光碎片分子取向的理论研究

采用密度矩阵方法 ,推导了从激光诱导荧光 (LIF)强度中抽出光碎片取向参数的表达式 .光碎片的取向由分子态多极矩描述 .用于解离母分子和激发碎片分子的激光均为线偏振光 ,而探测荧光为非偏振光 .激光诱导荧光强度是光碎片分子初始态多极矩、线强度因子和解离—激发几何因子的函数 .光碎片的取向参数可以由测量荧光偏振比和计算动力学因子而获得     

纳米银胶中PVP和Alq3的荧光猝灭研究

本文通过湿法化学还原法合成了平均粒径为4.42nm、标准差为0.98nm的球形银纳米颗粒,并研究了在不同反应时间后获得的银纳米颗粒对PVP和Alq3的荧光猝灭效应。通过深入研究发现,PVP的荧光猝灭效应主要由于其分子链上的酮基与Ag颗粒之间发生了静电吸附,进而导致处在激发态的PVP分子与银颗粒之间产生电子或者能量转移(即非辐射弛豫),猝灭了PVP的荧光发光;而Alq3的荧光猝灭效应则主要归因于银纳米颗粒的欧姆损耗。通过采用时域有限差分法进行模拟发现,溶液中随机分布的银纳米颗粒,不仅能够吸收激发电磁波,削弱激发场强度,而且能够吸收荧光分子辐射的电磁波,进而猝灭了Alq3分子的荧光效应。这些研究成果将有利于了解金属纳米颗粒与PVP及Alq3分子荧光发光之间的关系,为调控荧光发光提供指导。     

p-HPcZn与肌红蛋白结合性能的研究

利用荧光光谱和同步荧光光谱技术研究了在模拟人体生理条件下β-四(羧基苯氧基)锌酞菁（p-HPcZn）与肌红蛋白的相互作用。p-HPcZn能够显著地猝灭肌红蛋白的荧光,说明两者之间存在着很强的相互作用。变温荧光光谱实验的结果确证该作用可以导致p-HPcZn分子和肌红蛋白分子之间形成复合物,使得p-HPcZn可以通过静态猝灭有效地猝灭了肌红蛋白的荧光。通过对荧光光谱的数据进行处理得知,p-HPcZn分子和肌红蛋白分子形成复合物的结合常数为2.481×105,结合位点n为0.444。另外,p-HPcZn和肌红蛋白之间发生的相互作用还使肌红蛋白分子的构象发生改变。     

荧光分子印迹膜选择性检测7-氨基-4-甲基香豆素

合成了以7-氨基-4-甲基香豆素为模板分子,聚偏氟乙烯微孔滤膜为支撑介质的分子印迹复合膜.采用荧光光度法,研究了荧光分子印迹膜的吸附动力学、吸附容量和选择性吸附性能.研究表明,该印迹膜对模板分子具有良好的识别功能.     

超分辨荧光显微成像染料结构与生物应用（特邀）

荧光显微成像技术的生物医学应用离不开荧光染料的设计与开发。有机小分子荧光染料因其易于修饰、生物相容性好、光物理性质优异等特点,在细胞生物成像领域受到了广泛关注。随着超分辨荧光显微镜的发展和技术的进步,使得荧光显微成像突破了光学衍射极限,可以获得更为精准的生物分子学信息,观察纳米尺度下亚细胞器之间的相互作用。根据不同的成像原理,科学家开发出了单分子定位成像技术、受激辐射损耗成像技术、结构光照明技术等超分辨荧光显微技术。这些技术在细胞荧光显微成像领域的应用与发展,同时对有机小分子荧光染料的设计与开发提出了新要求。本文介绍了主流超分辨荧光显微技术的原理,总结已发表的超分辨荧光显微成像荧光染料的结构和光物理性质特点,归纳了其设计要求,旨在为新型荧光染料的设计提供参考。     

谷胱甘肽比率荧光探针分子的设计合成及其光谱性能

将喹啉和丹磺酰胺两种荧光基团同时引入配体L1,利用L1与锌离子自组装构筑三核锌有机-金属大环化合物H-1(比率荧光探针),实现了对生物分子谷胱甘肽(GSH)的有效识别。利用紫外光谱、荧光光谱、~1H NMR、ESI-MS等表征方法研究了H-1对生物分子谷胱甘肽(GSH)的光谱识别作用。紫外滴定光谱表明,当向H-1中加入谷胱甘肽分子后,425 nm处的吸收峰强度降低,320 nm处的吸收峰强度增大,等吸收点为355 nm。利用320 nm处的吸光度值模拟计算平衡常数,lg K为4.03±0.11,说明H-1与GSH形成了1∶1的包合物。荧光光谱分析表明,当向H-1中加入GSH后,以340 nm光激发,波长为513 nm处丹磺酰胺的荧光强度下降,并且发生红移,而396 nm处喹啉基团的荧光强度增大。利用喹啉基团与丹磺酰胺基团荧光发射峰强度变化的比值可以精准检测谷胱甘肽分子,检测限可达到2.5×10~(-6)mol·L~(-1)。     

荧光发射强度影响因素及荧光猝灭实验研究

荧光发射强度在荧光显微术科学观测中至关重要。理论分析了三大影响荧光发射强度的重要因素:分子吸收激发光光子的能力、荧光量子产量及其荧光饱和与荧光猝灭,指出选择具有大光吸收截面和高量子产量的荧光分子,能有效保证荧光发射强度;确定合理的激发光强度范围,可避免不必要的荧光饱和现象。进一步实验研究了超高真空和大气环境下的荧光猝灭现象,得出超高真空时荧光分子的荧光猝灭现象极不明显,而大气环境可造成荧光光强指数递减的结论。     

PAMAM 树枝状大分子的紫外及荧光性质研究

以乙二胺为核,通过迈克尔加成反应和酯胺解反应这两个重复的步骤,合成了0.5～5.0代PAM-AM树枝状大分子,使用氢核磁共振波谱(1 H NMR)、碳核磁共振波谱(13 C NMR)和质谱(MS)等证明了树枝状大分子的结构。同时对不同代数树枝状大分子的紫外及荧光性质进行了研究,发现整代树枝状大分子和半代树枝状大分子由于端基的不同,从而表现出不同的紫外吸收峰位,而紫外吸收强度与树枝状分子的分子骨架有密切的关系。虽然没有传统的荧光发射基团,但PAMAM树枝状分子却表现出特有的荧光现象,本文对PAMAM树枝状分子的荧光性质的影响因素进行了详细的研究。     

四溴联苯醚(BDE47)与溶菌酶的相互作用研究

在模拟人体生理条件下,采用分子模拟结合三维荧光、圆二色谱、荧光光谱、时间分辨荧光等光谱方法,研究了四溴联苯醚（BDE47）与溶菌酶的相互作用机制。结果表明：BDE47能有效地猝灭溶菌酶的内源性荧光,猝灭机制为静态猝灭。分子对接显示,BDE47与溶菌酶分子中的TRP62,TRP63,ARG61,ASN59,ALA107和ILE98等氨基酸残基具有相互作用,且BDE47分子中的醚键O原子与TRP63形成了氢键,氢键距离为2.2 Å。三维荧光的实验结果表明,BDE47的加入导致了溶菌酶的荧光强度降低,峰位置发生略微红移,BDE47与溶菌酶之间的结合作用改变了溶菌酶的微环境。圆二色谱分析则进一步证明,BDE47的存在引起了溶菌酶的构象发生改变,导致α-螺旋结构的含量减少。根据Föster非辐射能量转移理论计算得出,供体（溶菌酶）与受体（BDE47）的结合距离r为3.31 nm,满足非辐射能量的条件。分析四个温度下的热力学参数发现,BDE47与溶菌酶之间的结合是一个自发放热的过程,主要驱动力为氢键和范德华力,与分子对接、结合自由能分析结论一致。