稀土氟化物上转换荧光增强及应用

稀土氟化物上转换纳米材料具有化学稳定性高、反斯托克位移大、无光漂白、荧光寿命长、发光谱带窄和穿透深度深等优点,在荧光成像和光热疗、传感器、太阳能电池及防伪技术等领域具有广泛的应用前景,是一种极具发展潜力的荧光材料。然而该类材料在实际应用时还存在有荧光效率低、吸收截面小等亟待解决的瓶颈问题。针对以上问题,本文系统阐述了离子共掺杂、核壳结构、表面等离子耦合、光子晶体、宽频敏化和热效应等增强稀土氟化物上转换荧光的方法及其近年的研究进展。并在此基础上,总结了近年来荧光增强稀土氟化物上转换纳米材料在生物成像和光热疗、生物传感、太阳能电池及防伪技术等领域的应用研究现状。最后,分析了稀土氟化物UCNPs目前仍存在的不足,并对将来的发展方向进行了展望。     

表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用及其应用

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）技术是利用金属薄膜光学耦合产生的物理光学现象建立的一种非常灵敏的光学分析手段. 近年发展的电化学表面等离子体共振（Electrochemical Surface Plasmon Resonance,EC-SPR）是将时间分辨表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用的一种新技术. 本文介绍了SPR和EC-SPR的基本原理,并重点阐述了时间分辨SPR光谱技术与电化学方法联用及应用,该技术已广泛地应用于反应动态过程研究、生物化学传感器、电极/溶液界面的表征、动力学常数的测定以及生物分子相互作用等领域.     

稀土掺杂氟化物纳米材料的上转换发光特征及其生物应用

稀土掺杂氟化物纳米材料由于具有低的声子能,可以获得较高的上转换发光效率,使其在太阳能电池、生物医学、光电子学、信息等领域有着广泛而重要的应用前景。本文就当前稀土氟化物上转换纳米材料的改性、光性能研究,以及在生物检测,生物成像标记,免疫分析,疾病治疗方面的最新研究进展做一综述,并对上转换纳米颗粒在生物应用过程中存在的主要问题进行了讨论。     

表面等离子体共振生物传感器及其应用

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)生物传感器在检测生物分子特异性结合方面具有的高灵敏度、免标记及检测快速等优点,使其在过去的20年中在生命科学、医药科学、食品安全等领域取得了快速发展。本文对SPR生物传感器进行了简要介绍,并着重对其在生命科学、医药学、环境分析、食品安全等领域的应用进行了综述,最后对该领域的研究前景进行了展望。     

稀土上转换纳米材料在microRNAs检测中的应用

在疾病的发生与发展过程中,常伴随着某些microRNAs的异常表达.microRNAs是一类非编码的小RNA分子,可以作为基因表达的后转录调节因子,在一些基本的生理和病理过程中发挥作用.研究表明,microRNAs可以作为生物标志物,用于疾病的诊断与治疗.传统的microRNAs检测方法存在灵敏度低、选择性差等缺点,难...     

基于发光共振能量转移的比率型上转换荧光纳米探针检测次硝酸

次硝酸（Nitroxyl,HNO）由一氧化氮（NO）经单电子还原和质子化作用产生,在生理和病理过程中都有着重要作用.本工作构建了一种基于发光共振能量转移（Luminescence resonance energy transfer,LRET）的比率型上转换纳米探针用于检测生物体系中HNO含量.该探针以上转换纳米颗粒（Upconversion nanoparticles,UCNPs）为能量供体,有机染料Fl-TP为能量受体构建.Fl-TP能特异性识别HNO并与之反应生成Fl-HNO,Fl-HNO在400～500 nm处具有明显的吸收峰,与UCNPs的蓝色发射光谱重叠,从而发生LRET过程.随着HNO浓度增加,Fl-HNO的荧光强度（F_{525 nm}）逐渐增强,UCNPs的荧光强度（F_{480 nm}）逐渐下降,比率信号（F_{525 nm}/F_{480 nm}）逐渐增加,并与HNO浓度对数呈良好的线性关系,该探针的线性检测范围为3～100 μmol·L^－1,检出限23.4 nmol·L^－1.实验结果表明该比率探针特异性强,灵敏度高,并可成功实现在活细胞和生物组织中HNO的检测.     

基于上转换荧光共振能量转移的ClO~-纳米探针

以"核-内壳-外壳"三层夹心结构上转换纳米材料(Sandwich Structure Upconversion Nanoparticles,SWUCNPs)为能量供体,异硫氰酸荧光素(FITC)为能量受体,构建了一种基于上转换荧光共振能量转移(UC-FRET)的纳米探针,其荧光猝灭效率高达95%。将该纳米探针用于水溶液中ClO~-的检测,ClO~-对配体的氧化使得能量供受体之间距离增大,上转换荧光恢复程度与ClO~-的浓度呈线性关系,线性范围为0.02~3.4mmol/L,检出限为0.008mmol/L。实验结果表明该纳米探针特异性强、灵敏度高、结构灵活。     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用.粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同.粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果.与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性.金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用.     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用。粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同。粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果。与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性。金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用。     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用.粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同.粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果.与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性.金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用.     

表面等离子体共振传感技术和生物分析仪

表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）传感技术是生物化学分析领域常用的分析手段和研究工具,与其相关的研究不计其数,发展日新月异。本研究小组从事SPR传感技术研究近十年,从初期的理论研究、仿真计算、传感器设计以及全自动SPR生物分析仪开发与应用研究,到目前的传感器性能提高、应用拓展,时刻关注着该项技术的最新动态。本文系统综述了SPR传感技术和生物分析仪的原理、结构以及主要功能模块,SPR传感器的调制类型、耦合方式以及SPR成像传感器;介绍了结合局域表面等离子体共振（local surface plasmon resonance, LSPR）技术、改进金属膜系设计、优化数据处理算法等提高SPR生物分析仪性能的方法;阐述了SPR传感技术和生物分析仪的最新进展,包括SPR技术和微流控芯片、电化学技术、表面增强拉曼散射技术（SERS）的联用;列举了SPR生物分析仪在临床诊断、药物筛选、生物分子研究、食品安全和环境监测等领域的应用实例;最后,分析了SPR生物分析仪面临的主要问题以及未来的发展趋势。     

分子印迹表面等离子共振传感器在食品安全检测中的最新研究进展

分子印迹聚合物具有空间结构选择性高、稳定性好和制备过程简单等特点,结合表面等离子共振传感器,可用于分子间相互作用和结合特性的研究。随着石墨烯、量子点等纳米材料的出现和广泛应用,基于分子印迹技术的表面等离子共振传感器的灵敏度获得了改善,促进了该技术在食品安全检测领域的快速发展。该文基于分子印迹技术简要介绍了表面等离子共振传感器芯片的制备技术、分析体系及其优点,重点分析了国内外将分子印迹-表面等离子共振传感器用于食品安全检测的最新研究成果,阐释了分子印迹-表面等离子共振技术的优势,并展望了该技术在食品安全分析领域的发展趋势。     

表面等离子体波共振与常规检测技术的联用

表面等离子体波共振(SPR)是被入射电磁波所激发、存在于金属和电介质界面上电荷密度振动的谐振波.SPR是一种消逝场光学成功应用的典范,它具有体积小、分辨率高、无需标记、抗电磁干扰能力强等特点.本文介绍了SPR与电化学方法(循环伏安法、溶出伏安法)、光学方法(荧光光谱、红外光谱)、质谱和石英晶体微天平等其它常规检测技术联用的研究进展,与其它常规方法联用能进一步提高分析能力,可弥补彼此的不足.本文还特别详细说明了部分电化学方法、干涉测量法与表面等离子体波共振联用的优势及不足.     

光纤SPR传感器的结构、膜材与应用进展

光纤表面等离子共振(Fiber optic surface plasmon resonance,FO-SPR)传感器由于体积小、易携带、抗电磁干扰等优点在生物、化学、医学及食品领域均具有广阔的应用前景。该文综述了光纤SPR传感器的结构、膜材料及其应用进展。其中终端反射式和在线传输式是光纤SPR传感器最重要的两种结构;最常用的膜材料包括金膜、银膜、复合膜和金属纳米颗粒。基于光纤SPR的实时检测、抗干扰能力强、可多通道检测等特点展望了其未来发展与应用前景。     

纳米银米表面等离子激元增强上转换发光

上转换纳米发光材料因发光效率普遍较低限制了其在应用领域的进一步发展。利用贵金属的局域表面等离子体共振特性调控发射体的局域场成为提高上转换纳米粒子发光性能的有效途径之一。在这个工作中,我们利用合成工艺简单的贵金属米状结构,通过调控上转换纳米颗粒周围的局域场,实现了上转换发光强度的大幅提高。结合三维有限元方法研究了在实际薄膜中Ag米之间可能出现的不同接触方式对所产生的局域场增强效果的影响,同时证实这种局域等离激元耦合所引起的电磁场增强是提高上转换发光性能的重要因素,并且获得了上转换发光将近百倍的增强效果。最后,通过调控等离子层和发光层的厚度,实现上转换发光性能的进一步优化。     

表面等离子体波共振技术应用于气体检测

本文简要介绍了表面等离子体波共振技术的基本原理,重点综述了该技术在气体检测研究中的应用。被检测的气体包括：常见的易燃易爆和有毒气体、有机气体及蒸汽等。通过敏感膜材料的选择和优化、检测装置的改进、制膜方式和工艺条件、薄膜厚度的调整,来提高检测结果的灵敏度、选择性、可逆性、响应时间、脱附时间和重现性等重要参数。将表面等离子体波共振技术和其它技术联用可以在提高检测灵敏度的同时,实现对气体的远程监测。 主要介绍了此技术和光纤技术的联用,此外还讨论了环境特别是湿度和温度对检测结果的影响。     

湿化学镀SPR金基底及其性能表征

建立一种由单一水相操作的表面等离子体共振法(SPR)制备金基底.即:在3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修饰的玻璃片上自组装一层细小的金胶纳米粒子,以此为催化模板,利用化学镀技术在纳米尺度范围内控制金膜的均匀增长,获得优异SPR信号响应所需要的金膜形貌和厚度.紫外光谱(UV-vis),透射电镜(TEM)观测表明,纳米金膜催化模板粒径约为2.5 nm.扫描电镜(SEM)观察湿化学镀SPR金基底均匀分布,粒径约为40 nm.与商品化真空镀金基底相比,湿化学镀金基底对乙醇的SPR响应强度相当,且可调控性更高.     

表面等离子共振传感器的原理与进展

表面等离子共振光谱(Surface Plasmon Resonance,SPR)是近年来得到快速发展的一门技术。它是一种无标记的、可用于实时定量检测某些固定于传感芯片上的组分与被结合物种间的绑定亲合度(binding affinity)、且可用于对相对小量物质进行检测的重要手段。由于它可方便地研究不同生物或化学物种的有关反应与动力学问题,因此具有重要的实用意义,受到广泛关注和重视。本文对有关等离子共振现象的形成及其作为敏感检测手段的机制、原理和改进等问题作了简要的介绍。     

Ultrafast Fluorescence Spectroscopy via Upconversion and Its Applications in Biophysics

In this review, the experimental set-up and functional characteristics of single-wavelength and broad-band femtosecond upconversion spectrophotofluorometers developed in our laboratory are described. We discuss applications of this technique to biophysical problems, such as ultrafast fluorescence quenching and solvation dynamics of tryptophan, peptides, proteins, reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), and nucleic acids. In the tryptophan dynamics field, especially for proteins, two types of solvation dynamics on different time scales have been well explored: ~1 ps for bulk water, and tens of picoseconds for “biological water”, a term that combines effects of water and macromolecule dynamics. In addition, some proteins also show quasi-static self-quenching (QSSQ) phenomena. Interestingly, in our more recent work, we also find that similar mixtures of quenching and solvation dynamics occur for the metabolic cofactor NADH. In this review, we add a brief overview of the emerging development of fluorescent RNA aptamers and their potential application to live cell imaging, while noting how ultrafast measurement may speed their optimization.