基于ICCD的快速荧光显微成像技术及在活细胞研究中的初步应用

利用像增强型CCD、氩离子激光器和氙灯等建立了一套快速荧光显微成像系统,并初步应用于活细胞研究。实时观测和拍摄了大鼠脑微血管内皮细胞增殖分裂过程中细胞内钙敏感荧光探针Fluo-3标记的钙离子浓度分布快速变化的图像,并选取动态图像中四个典型的点给出荧光强度灰度值的变化曲线。该系统可用于高灵敏实时记录活细胞内基于荧光显微成像的快速变化过程,为活细胞的研究提供了一种很好的观察和分析手段。     

不同环境条件杂环农药三维荧光光谱发射特性研究

掌握不同环境因素下的光谱发射特性是农药准确测量的前提。以多菌灵、西维因、麦穗宁三种杂环农药为研究对象,研究了农药在不同pH值和常见阴、阳离子条件下的三维荧光光谱发射特性,并初步分析了Fe3+和Cu2+对三种农药的荧光猝灭机制。结果表明,多菌灵和麦穗宁均具有两个荧光峰,西维因仅有一个荧光区域,三种农药的主要荧光峰分别位于λ_ex/λ_em=280/300,310/340和280/335 nm,多菌灵和麦穗宁的次荧光峰Peak B分别位于λ_ex/λ_em=245/305 nm,λ_ex/λ_em=250/340 nm;多菌灵与麦穗宁随pH值变化表现为相似的荧光发射特征,在酸性/碱性降低时,荧光强度增大;酸性条件下西维因的荧光发射强度无明显变化,但在碱性条件下,随pH值的减小荧光强度不断增强;三种农药在pH值6.16～7.4范围内均可获得较好的荧光发射特征。水中CO2-₃,SO2-₄,NO-₃,Cl-,HPO2-₄,HCO-₃,Mg2+,Zn2+,NH+₄,Na+,Ca2+和K+等12种常见离子对多菌灵,西维因和麦穗宁的荧光发射特性无明显影响。Fe3+与Cu2+离子通过静态荧光猝灭反应, 影响三种农药的荧光发射强度。随着离子浓度的增加荧光强度不断降低,在实际测量中,需重点考虑Fe3+和Cu2+对测量结果的影响。该研究结果为水体杂环农药的准确测量提供了基础数据。     

红色LiMBO3 : Re3+(Re=Eu,Sm) 发光材料的特性

采用固相法制备了红色LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)发光材料,研究了材料的发光性能。研究发现LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Eu³⁺材料呈现多峰发射,最强发射分别位于610,615,613 nm处,分别监测这三个最强峰,所得激发光谱峰值位于369,400,470 nm。LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Sm³⁺材料也呈多峰发射,分别对应Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_5/2、⁴G_5/2→⁶H_7/2和⁴G_5/2→⁶H_9/2跃迁发射;分别监测602,599,597 nm三个最强发射峰,所得激发光谱峰值位于374,405 nm。研究了激活剂浓度对材料发射强度的影响,结果随激活剂浓度的增大,发射强度先增强后减弱,即,存在浓度猝灭效应。实验表明,加入电荷补偿剂Li⁺、Na⁺或K⁺均可提高LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)材料的发射强度。     

荧光光谱法研究蒜头果蛋白与金属离子的相互作用

蒜头果蛋白(malanin)是从云南、广西特有植物蒜头果中分离纯化出的一种新的、具有抗肿瘤活性的糖蛋白。用荧光光谱法研究了Cu2+,Ag+和Ca2+对malanin和apo-malanin溶液(经EDTA透析脱去金属离子后的脱金属蛋白)荧光强度的影响。结果表明,Cu2+对malanin和apo-malanin荧光均有明显的静态猝灭现象,其离解常数K_d分别为2.37×10-4和2.66×10-4 mol·L-1;Ag+对malanin的荧光强度变化不大,但对apo-malanin荧光强度却有明显的静态猝灭现象,其离解常数K_d为2.37×10-4 mol·L-1;而Ca2+对malanin和apo-malanin荧光强度均无明显变化,说明Ca2+对维持malanin分子天然构象具有重要作用。     

不同表面修饰和尺寸的纳米银的荧光增强效应的研究

分别以柠檬酸钠(CTS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面修饰剂,采用化学法制备纳米银(分别标记为Ag-CTS和Ag-PVP)。当甲基橙溶液中加入Ag-CTS或Ag-PVP时,S₂→S₀和S₁→S₀荧光强度分别明显减弱和增强。不同的是Ag-PVP引起S₂→S₀和S₁→S₀荧光强度减弱和增强的幅度更大,且S₂→S₀荧光峰出现红移。当甲基橙溶液中加入Ag-CTS时,S₁→S₀荧光强度随时间延长逐渐增强,而加入Ag-PVP时,S₁→S₀荧光强度则不随时间而变化。颗粒尺寸较大的片状结构纳米银引起S₁→S₀荧光强度增强比率较小。甲基橙溶液浓度越低,S₁→S₀荧光强度增强比率越大。研究结果表明,纳米银表面吸附的不同表面修饰剂通过影响纳米银与甲基橙分子间距离进而影响纳米银的荧光增强效应;纳米银尺寸大小则由于所产生的局域面表面等离子共振特点等差异影响其局域场增强效应。     

Tm3+在二苯甲酰基甲基亚砜配合物体系中对Dy3+的荧光增强效应

合成了六种高氯酸掺杂稀土(Dy³⁺,Tm³⁺)与二苯甲酰基甲基亚砜的配合物。经元素分析、稀土络合滴 定、摩尔电导率及差热-热重分析,表明配合物组成为 (Dy_x,Tm_y)L₅(ClO₄)₃·3H₂O(x : y=1.000 : 0.000,0.995 : 0.005,0.990 : 0.010,0.950 : 0.050,0.900 : 0.100,0.800 : 0.200;L=C₆H₅COCH₂SOCH₂COC₆H₅)。并详细讨论了六种稀土配合物的荧光光谱。从配合物的荧光光谱图可以看出,Tm³⁺对Dy³⁺的荧光有增强效应。这可能 是因为在惰性稀土离子Tm³⁺与活性稀土离子Dy³⁺之间有能量的传递。而且当Dy³⁺与Tm³⁺的量比为0.950 : 0.050时,掺杂配合物表现出最佳的发光性质。另外,Tm³⁺对577.4 nm处⁴F_9/2→⁶H_13/2 峰的荧光敏化作用的程度高于对487 nm处⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光敏化作用。⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光强度增强了212％,而⁴F_9/2→⁶H_13/2峰的荧光强度增强了264％。所以,Dy³⁺离子的两个特征峰的发射强度比趋近于1,为1.078,使得配合物在紫外灯下发白色荧光。有可能成为一类发白色荧光的发光材料。     

DNA介导复合膜中[Ru(bpy)3]2+与Cu(Ⅱ)间光诱导电子转移

由于DNA与[Ru(bpy)₃]2+(bpy=2,2′-联吡啶)及Cu2+间的静电作用,用自铸膜法在铟锡氧化物(ITO)上制备了橙红色[Ru(bpy)₃]2+-DNA-Cu2+复合膜,并应用稳态和暂态荧光光谱、紫外可见光谱、荧光显微镜和扫描电镜对复合膜进行了表征和DNA介导的光诱导电子转移(PET)研究。结果表明,[Ru(bpy)₃]2+-DNA-Cu2+复合膜(摩尔比为10∶20∶1)呈现了明显的吸收特征峰(450 nm)和发射峰(λ_em=595 nm),发光呈单指数衰减,发光寿命为188.6 ns,Cu2+通过DNA介导PET机制猝灭[Ru(bpy)₃]2+发光,猝灭常数为6.94×103 L·mol-1,猝灭速率常数为3.80×1010 L·mol-1·s-1;复合膜中Cu2+摩尔比(10倍)的增大使发射峰蓝移了11 nm,吸收和发射强度衰减至消失,Cu2+通过静态猝灭机制削弱[Ru(bpy)₃]2+发光。此外,对比于溶液和复合膜中Cu2+对[Ru(bpy)₂(tatp)]2+-DNA(tatp=1,4,8,9-四氮三苯)的发光调控,Cu2+仅能因静电作用猝灭复合膜中[Ru(bpy)₃]2+的发光。     

PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属的研究

重金属污染越来越受到人们的关注,迫切需要开发具有高精度的原位检测技术。瞬发伽玛中子活化分析（PGNAA）技术具有原位、无损、快速等优点而被广泛应用于重金属测量,但由于目前原位检测装置中使用的中子源通量相对较低,因此对一些重金属元素分析精度相对不高。为提高测量精度,直接利用PGNAA技术中的瞬发特征γ射线充当传统X荧光光谱分析的激发源,来激发重金属元素的特征X射线荧光（XRF）信息,提出了一种PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属元素的方法,并设计了一套由BGO和带铍窗的NaI组成的双探测器联合检测装置,分别用来探测PGNAA中瞬发特征γ射线和特征X荧光信息。通过MCNP分别模拟研究了Cr,Cd,Hg和Pb的浓度（ｃ_i）对瞬发特征γ射线强度（I_γ）和特征X荧光强度(I_X)的影响,模拟结果表明该装置中Cr,Cd,Hg和Pb元素的I_γ和I_X均与ｃ_i成良好的线性关系,并建立了联合检测方法的经验公式。比较重金属元素特征X射线荧光发现,该联合方法对Hg和Pb等高原子序数重金属的检测较灵敏,最后计算得到该装置对Hg和Pb等重金属元素的检测限分别为17.4和24.2 mg·kg-1。     

Eu2+激活的硅酸锶材料的发光特性

采用高温固相法制备了Sr₃SiO₅ : Eu²⁺黄色发光材料,研究了Eu²⁺浓度及共激活剂等对材料发光性能的影响。结果显示,随Eu²⁺浓度的增大,Sr₃SiO₅ : Eu²⁺材料发射强度先增强后减弱,即存在浓度猝灭效应,根据Dexter理论,其浓度猝灭机理为电偶极-偶极相互作用。掺入共激活剂Yb、Tm均能提高材料的发射强度。利用InGaN管芯分别激发Sr_2.98Eu_0.01Tm_0.01SiO₅和Sr_2.98Eu_0.01Yb_0.01SiO₅材料,获得了很好的白光发射。     

荧光寿命的正弦调制测量法及分析

设计并制作了光强调制度和频率可调的发光二极管驱动电路,应用这种激励源激发荧光样品Eu₂L′3·nH₂O(L′=C₄H₄O₄),测量了激发光和Eu3+离子的5D₀—7F₂发射光的波形。实验得到的数据用按照相位法测量荧光寿命的原理用非线性最小平方曲线拟合,得到Eu3+离子激发态5D₀的寿命约为0.680 ms。讨论了光源调制中的高次谐波分量对测量结果的影响以及寿命具有一定分布的多指数衰减体系的测量和处理方式,提出应用傅里叶级数展开处理数据的修正方法,以扩大相位法测量荧光寿命的适用范围,得到更准确的荧光寿命值。     

利用Fura-2/AM荧光探针法和LCSM法研究受磁场处理S.aureus细胞Ca2+的跨膜行为

研究受脉冲磁场处理金黄色葡萄球菌(S.aureus)细胞Ca2+的跨膜行为,为此研究了表征S.aureus胞内Ca2+浓度变化Fura-2/AM荧光探针检测法,并检测了不同脉冲数下经脉冲磁场处理后S.aureus细胞荧光强度的变化,采用激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)观察了经脉冲磁场处理前后S.aureus胞内Ca2+浓度的变化。研究结果表明,Fura-2/AM可成功的负载于S.aureus中,可以应用于S.aureus胞内游离钙离子浓度变化的测定。经脉冲磁场处理后,S.aureus胞内钙离子浓度显著上升,且与活菌数的减少高度相关,相关度达到-0.989 15;胞内光点显著增多,光点荧光强度明显增大,说明大量胞外钙离子跨膜进入胞内。因此,可以判断微生物细胞膜通透性的改变和胞内Ca2+浓度的上升是高强度脉冲磁场具有杀菌作用的重要原因。     

光谱法研究八元瓜环与硫堇及多菌灵的主客体相互作用

利用紫外-可见吸收光谱法及荧光光谱法研究了八元瓜环与三环碱性染料硫堇及常用杀菌剂多菌灵的超分子相互作用,探讨了主客体相互作用的机制及光谱变化,并对其分析检测性能进行了研究。结果表明： 在0.01 mol·L-1的盐酸溶液中,八元瓜环与硫堇形成了摩尔比为1∶2主客体复合物,且八元瓜环能使硫堇的荧光发生猝灭;在八元瓜环/硫堇体系中加入多菌灵后,多菌灵能使体系的荧光增强,从而形成了荧光的“开-关”效应,其原因可能是由于八元瓜环与硫堇及多菌灵形成了主客体配合物而引起的。此外,测试了超分子体系的线性范围及检出限,并对酸度、共存物质对体系的影响进行了测试。结果表明多菌灵的浓度在0～3.5 μmol·L-1范围内与体系荧光强度呈线性关系,线性方程为I_f=0.45c+32.24,相关系数为0.999,检出限为9.39×10-8 mol·L-1。选择了常见离子及结构类似的苯并咪唑类杀菌剂对体系进行干扰测定,结果表明在一定浓度时,常见离子及结构类似的苯并咪唑类杀菌剂对多菌灵的检测不造成干扰。该结果为超分子配合物在农药残留检测方面的应用提供理论依据。     

Problems Caused by High Concentration of ATP on Activation of the P2X7 Receptor in Bone Marrow Cells Loaded with the Ca2+ Fluorophore fura-2

Fura-2 is one of the most used fluorophore for measuring intracellular calcium concentration ([Ca2+]i). In mouse bone marrow cell suspensions ATP produces a biphasic effect: till 1 mM, ATP produces increases in [Ca2+]i; from 1 mM on an increase is observed, that is followed by the decrease in the 340/380 nm ratio (R340/380). At high ATP (4 mM) concentration fura-2 leaked from loaded bone marrow cell suspensions. We observed that ATP decreases fluorescence in the absorption and excitation spectra of fura-2, consequently the emitted one is decreased including the isobestic point (360 nm). ATP analogs: BzATP, ATPyS and UTP, but not alphabetaATP, ADP or AMP, promote decrease of fluorescence in the isobestic point of fura-2. The physical/chemical process that reduces the absorption and excitation of fura-2 by ATP is unknown. The P2X7 inhibitors, Mg2+ (5 mM), OxATP (300 microM) and Brilliant Blue (100 nM), blocked the efflux of fura-2 and ATP-induced R340/380 decrease. The J774 cell line and mononuclear cells with a higher expression of P2X7 receptors show the same decrease in R340/380 as that induced by ATP. In the HL-60 cell line, myeloid cells and erythroblasts extracted from bone marrow, such effect does not occur. It is concluded that the use of the fluorescent Ca2+ indicator fura-2 does not allow the correct measurement of [Ca2+]i in these cells in the presence of a higher concentration of ATP which activated the P2X7 receptor.     

NaYF4∶Yb,Er/氧化石墨烯纳米复合材料的制备、表征及上转换发光性能

采用“一锅”和直接混合两种制备过程,制得了NaYF₄∶Yb, Er/氧化石墨烯（rGO）和SiO₂包覆NaYF₄∶Yb, Er/rGO两系列纳米复合材料。各种测试结果表明,NaYF₄∶Yb, Er是以α型立方结构和纳米粒子形状存在于复合材料中,粒径主要在30～70 nm间,而rGO则较好地分散在其中,但“一锅”法制得的rGO呈现更好的分散性。Raman光谱证实,在这两种纳米材料之间存在表面耦合相互作用,且随着rGO相对含量增大,它们之间接触面积逐渐增多,相互作用也逐渐增强。上转换发光测试结果表明,rGO具有很好的发光猝灭效应和光限幅现象,尤其是对NaYF₄∶Yb, Er的红光带影响更加显著。随着rGO相对含量逐渐增加,红光带发光强度逐渐降低,而绿光带变化不大。对于使用不同方法制备的样品,在具有相似含量情况下,由于团聚rGO具有更强的吸光作用,SiO₂包覆样品的红光带发光强度受到rGO影响更大。     

Phenylalanine fluorescence and phosphorescence used as a probe of conformation for cod parvalbumin

The fluorescence emission and triplet absorption properties of phenylalanine in cod fish parvalbumin type II, a protein that contains no Trp or Tyr, was examined in the time scale ranging from nanoseconds to microseconds at 25°C in aqueous buffer (pH 7.0). In the presence of Ca(II), the decay of fluorescence gave two lifetimes (5.9 and 53 ns) and the triplet lifetime was 425 s. Upon removal of Ca, the fluorescence intensity decreased to values approaching that for free Phe, while the longest fluorescence decay component was 17 ns. At the same time, the decay of triplet showed complex nonexponential kinetics with decay rates faster than in the presence of Ca. Quenching and denaturation analyses suggest that the Phe's are present in a hydrophobic environment in the Ca-bound protein but that the Ca-free protein is relatively unstructured. It is concluded that Phe luminescence in proteins is sensitive to conformation and that the long lifetime of Phe excited states needs to be considered when studying its photochemistry in proteins.     

光谱校正对溶解有机物三维荧光光谱特征影响

在三维荧光光谱(EEM)测定中,由仪器直接记录的光谱(称为未校正光谱)由于受荧光光度计光源灯或探测器等波长特性的影响,并不是荧光物质本身的真实光谱,研究了光谱校正对腐殖酸和色氨酸EEM光谱特征以及传统寻峰法和新兴FRI分析法结果的影响,结果表明：校正后,Ex/Em=220～450/250～500 nm范围内荧光强度降低,Em<250 nm范围内荧光强度增大,腐殖酸荧光峰明显“蓝移”。基于寻峰法的荧光指数(FI)和腐殖化指数(HIX)明显减小,自生源指数(BIX)略增;基于FRI分析法的反映各区域标准体积百分比P_{Ⅰ, n},P_{Ⅱ, n}和P_{Ⅲ, n}明显上升,而P_{Ⅳ, n}和P_{Ⅴ, n}显著下降。因此,进行光谱校正是获得真实光谱谱图及光谱特征不可或缺的一部分。     

制革废水处理过程溶解性有机物的光谱特性研究

制革工业是我国国民经济的传统产业,制革废水已成为工业废水的重要组成部分。现阶段对于制革废水的研究多关注于进水和出水的水质状况,对于废水处理过程溶解性有机物(DOM)的转化规律和净化行为涉及很少。通过紫外光谱和三维荧光光谱跟踪识别制革废水不同处理工段水体DOM的生成特性,尝试建立总荧光强度与水质参数的线性关系。结果表明：废水DOM的吸光度随着紫外波长的增加先上升后下降,最大吸收峰位于230 nm附近。A₂₅₃/A₂₀₃比值和SUVA₂₅₄的参数值先增大后减小,暗示了废水游离取代基和芳环取代基种类和数量的变化。废水原水荧光峰主要出现在λ_ex/em=320～350/440～460和λ_ex/em=270～300/390～420区域,分别归属为可见光区类腐殖酸荧光峰和可见光区类富里酸荧光峰。随着废水处理过程的进行,相继检测到类腐殖酸荧光峰蓝移(水解酸化池)、类色氨酸荧光峰(λ_ex/em=290/340,二级生化池)、弱荧光峰(λ_ex/em=350/520,四级生化池)以及荧光特性趋于稳定(二沉池和出水口)等现象,证实了废水有机物的降解特性和生成规律对荧光图谱的影响。制革废水总荧光强度去除率与总有机碳去除率的线性关系更好,相关系数r为0.835 5。紫外光谱和荧光光谱能在一定程度上揭示制革废水的净化规律和机制。     

Electron-Impact Induced Molecular Fluoresence Spectroscopy

Abstract

By the bombardment of gaseous molecules with monoenergetic electrons the molecules can be electronically excited and/or fragmented, depending upon the energy supplied by the electrons. Any fragments which may be produced also have the possibility of being produced in electronically (as well as vibrationally and rotationally) excited states. The electronically excited molecules and fragments both possess the possibility of radiative decay (fluorescence). The measurement of this fluorescence as a function of both electron energy and photon wavelength is termed “electron-impact induced fluorescence spectroscopy.” A plot of fluorescence intensity as a function of the electron energy at a given photon wavelength is generally referred to as an “excitation function,” which is exactly analogous to the excitation spectrum which can be obtained in conventional (optically excited) fluorescence spectrometry. A plot of the fluorescence intensity as a function of photon wavelength at a given electron energy is termed the “fluorescence spectrum.” A three dimensional plot of the fluorescence intensity as a function of both the photon wavelength and the electron energy may also be constructed, and is referred to as an “excitation contour plot.”     

Finding of Optimal Calcium Ion Probes for Fluorescence Lifetime Measurement

We have investigated the fluorescence lifetime properties of 8 calcium ion probes, calcium-green-1, calcium green-2, calcium green-5N, calcium orange, oregon green 488 BAPTA-6F, fluo-3, fluo-4, and fluo-5N. We found that the decay time of calcium green-5N varied more sensitively with calcium concentration than calcium green-1 which was known to be a highly sensitive probe. We have also found that the center of observable range of calcium concentration by fluorescence lifetime measurement is lower than that by fluorescence intensity measurement.