A novel natural surface-enhanced fluorescence system based on reed leaf as substrate for crystal violet trace detection

The preparation of surface-enhanced fluorescence (SEF) substrates is often influenced by experimental strategies and factors such as the morphology and size of the nanostructures. In this study, using the natural reed leaves (RLs) without any special pretreatment as the substrate, metal silver is modified by magnetron sputtering technology to prepare a stable and efficient SEF system. The abundant “hedgehog-like”protrusions on the RL substrate surface can generate high-density “hot spots”, thus enhancement factor (EF) is enhanced up to 3345 times. The stability and reproducibility are verified in many measurements. The contribution of the intervention of silver nanostructure to the radiation attenuation process of fluorescent molecules is analyzed with the aid of Jablonski diagrams. Three-dimensional (3D) finite difference time domain (FDTD) simulates the spatial electric field and “hot spots”distribution of the substrate. The “hedgehog-like”protrusion structure generates multiple “hot spots”, which produce an excellent local surface plasmon resonance (LSPR) effect and provide higher fluorescence signal. Finally, RL/Ag-35 substrate is used to detect crystal violet (CV), and the detection limit is as low as 10^-13 M. This “hedgehog-like”SEF substrate provides a new strategy for the trace detection of CV, which has a good practical application value.     

多色双光子激发荧光显微技术实验研究

双光子激发荧光(two-photon excited fluorescence, TPEF)显微是一种非线性光学显微技术, 具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点. 传统的TPEF显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源. 在实际应用中, 利用TPEF显微技术研究含有多种荧光团或未知成分的待测样品, 往往需要多次改变激发光的波长以获得对各种荧光团的最佳激发. 为了同时获取不同荧光团的荧光信号, 利用超连续谱激光光源实现了多色TPEF显微成像, 实验中无需调节波长, 能够同时获得具有两种不同发射波长的荧光标记的铃兰根茎切片样品的TPEF图像. 实验结果表明, 与传统的TPEF显微相比, 该方法能够同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度TPEF图像, 具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点, 在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景.     

基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究

针对植物荧光遥感探测中信号易受干扰的问题, 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的荧光寿命成像技术. 采用凹透镜对355 nm波长的激光扩束, 再照射植物激发叶绿素荧光, 由增强型电荷耦合器件接收荧光信号. 采用时间分辨测量法, 连续用相同激光脉冲照射植物以激发相同的荧光信号, 同时不断改变激光脉冲触发探测器启动的延时时间, 从而能够得到完整的离散荧光信号分布图像. 对植物特定位置点产生的离散荧光信号进行拟合, 再运用一种改进型的迭代解卷积法可反演高精度的荧光寿命; 进而反演图像各点的荧光寿命以生成植物的荧光寿命分布图. 该方法所绘制的荧光寿命图比荧光强度图能更准确地反映植物内部的叶绿素含量, 并对活体植物叶绿素荧光寿命的物理特性进行了初步研究, 证明叶绿素荧光寿命与植物生理状态存在一定关联; 并且叶绿素荧光寿命与活体植物所处环境存在着复杂的关系. 未来将与生物物理学家们合作, 继续探寻叶绿素荧光寿命与植物生存环境的关系.     

具有原子分辨率的x射线荧光全息术的数值模拟研究

根据x射线荧光全息术的成像原理，对体心立方晶系的Fe单晶进行了数值模拟（包括荧光全 息图及其重构像），在各个晶面（001，010，100）上得到Fe原子的像，与Fe的晶格模型的 原子位置一致，表明运用这种x射线荧光全息术，能够在原子水平上得到单晶或准晶体的内 部结构图像. 关键词： x射线荧光全息术 同步辐射 晶体结构 傅里叶变换     

Effect of manganese stress on the mineral content of the leaves of wheat seedlings by use of X-ray fluorescence excited by synchrotron radiation

The present study describes the potential of the synchrotron radiation based X-ray fluorescence spectroscopy technique for the rapid, sensitive, user friendly and simultaneous monitoring of the changes in the elemental profile of the wheat seedlings stressed by excess manganese (Mn). For this, X-ray fluorescence spectra of the leaves of the control and Mn treated wheat seedlings have been recorded by synchrotron radiation X-ray of energy 15?keV. The analyses of the recorded spectra show the presence of elements chlorine, potassium, calcium, manganese, iron, copper, nickel, and zinc. A calibration-free approach, PyMca has been used for the quantitative estimation of the detected elements in the leaves of the control and Mn treated wheat seedlings. The excess supply of Mn to wheat seedlings results in the accumulation of manganese in the leaves of the seedlings. The accumulation of manganese in wheat seedlings negatively affects the uptake and translocation of calcium, potassium, and iron while it has stimulating effect on the uptake of copper and zinc.     

表面增强拉曼光谱研究多糖和蛋白对PVDF膜的膜污染能力

膜在运行过程中形成的膜污染会引起严重的膜通量下降, 从而使得膜必须清洗甚至更换, 是膜技术的主要缺点。典型的膜污染物质包括蛋白和多糖。本文发展表面增强拉曼光谱作为一种新的工具研究蛋白和多糖对聚偏二氟乙烯(PVDF)膜的膜污染能力。通过比较三种不同蛋白和多糖在玻璃片上和经过膜过滤之后SERS相对强度的变化, 可迅速简便地判断出膜污染能力, 即多糖(海藻酸钠)>血红蛋白>卵蛋白>小牛血清蛋白。与基于荧光的技术相比, 拉曼谱峰窄、光谱分辨率高、尤其是使用相同的激发光和激光功率就可以获得多种物质的SERS信号, 使得SERS可以简便地判断不同物质的膜污染能力。     

基于荧光技术的啶虫咪农药检测仪的研究

设计了一套基于线阵CCD光电转换原理的荧光检测系统。利用该系统实现了对啶虫咪农药荧光光谱特性的检测。用CCD检测仪取代了常用的光电转换器件——光电倍增管，通过与光栅结合实现了光谱的快速分析。根据噪声和信号在小波变换下表现出的截然不同的性质，提出基于小波变换技术的荧光信号特征提取及消噪方法。结果表明，采用小波去噪能更好地保留荧光光谱峰值处的信息，可以大大提高系统的检测精度。     

散斑照明宽场荧光层析显微成像技术研究

介绍了一种新的宽场荧光层析显微方法.在传统宽场显微镜中引入散斑图案照明样品,控制散斑图案的动态变化,利用CCD相机记录对应的一系列荧光图像.由于焦平面内强度变化远比焦平面外强度变化剧烈,通过合适的算法能够获得焦平面的层析分辨的荧光显微图像.标定了系统参数,并研究了不同的图像重建算法对系统性能的影响,获得了不同生物组织样品的层析图像.实验表明,该显微方法能用于组织光学切片成像,在临床医学中具有实际应用价值. 关键词： 荧光 散斑照明 荧光显微 层析     

不同Ag壳厚度Au@Ag纳米粒子的调控制备表征及表面增强拉曼光谱的效应

采用化学还原法制备了以Au为核、包覆Ag的双金属核壳Au@Ag纳米粒子,并成功地用于表面增强拉曼光谱(SERS)分析测试。通过改变制备液中Ag/Au的量比来调控Ag壳包覆厚度。采用透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)对Au@Ag纳米粒子的构貌进行表征。TEM显示明显存在核壳结构,且Ag壳层随Ag/Au的量比的增加而逐渐变厚;UV-Vis表明随着Ag/Au的量比的增加,Au@Ag纳米粒子出现了Au核与Ag壳吸收峰的2个等离子体共振峰,同时伴随着Au峰的蓝移和Ag峰的红移。以双甲脒为分析物,考察了不同Ag/Au的量比时的Au@Ag纳米粒子的SERS活性。结果表明,SERS活性随Ag/Au的量比的增加先增大后减小,在6∶5时其SERS增强效应最佳,此时Ag壳厚度约为6 nm。以对巯基苯胺(4-ATP)、结晶紫(CV)和双甲脒为分析测试对象,对比了Au@Ag、Ag、Au 3种基底的SERS活性。结果表明,所制备的Au@Ag纳米粒子的SERS活性要明显优于单纯的Au、Ag纳米粒子。     

DFT理论探讨银电极表面吸附吡啶和水分子的表面增强拉曼光谱

本文利用密度泛函方法计算了吡啶和水分子分别吸附于粗糙银电极表面的拉曼光谱强度。结果表明,在不发生共振拉曼散射情况下,拉曼强度随电极表面负电荷量的增加而显著增大。理论预测与实验结果一致。     

Fundamental studies on enhancement and blinking mechanism of surface-enhanced Raman scattering （SERS） and basic applications of SERS biological sensing

We review recent our results in the fundamental study of surface-enhanced Raman scattering （SERS） with emphasis on experiments that attempted to identify the enhancement and blinking mechanism using single Ag nanoparticle dimers attached to dye molecules. These results are quantitatively discussed in the framework of electromagnetic mechanism. We also review recent our results in basic SERS applications for biological sensing regarding detections of cell surface molecules and distinction of disease marker molecules under single cell and single molecule level.     

酸性条件下染料结晶紫分子的近红外表面增强拉曼散射研究

比较了染料分子结晶紫(CV)在酸性与中性条件下的金胶体系中的近红外表面增强拉曼光谱(NIR-SERS)。结果表明,结晶紫分子-金胶体系中结晶紫分子在1064nm近红外光激发条件下,其荧光得以大大淬灭,同时拉曼得到了至少不低于105倍的增强;当进一步加入硝酸使得其处于酸性气氛下时,由于部分结晶紫分子与硝酸发生了化学作用形成了结晶紫分子的单替代衍生物(HCV),而HCV与结晶紫分子相比,更容易吸附在金属表面,因此结晶紫分子NIR-SERS还将有很大的增强。这可以给我们很大的启示:改变体系的酸碱度也可以达到改变其SERS的增强效果的目的。     

Surfactant fluorescence in the study of aggregation and clouding

The intrinsic fluorescence of Triton X-114 and Igepal CO-630 was used to monitor the aggregation behavior of micellar solutions of these surfactants. The response to changes in surfactant concentration, increases in temperature up to and beyond the cloud point, and addition of an ionic surfactant (SDS) was monitored. The intrinsic fluorescence was used to measure aggregate anisotropy as a function of SDS concentration and temperature. Relative aggregate abundance showed a minimum at the CMC, confirming the existence of premicellar assemblies. Structural differences in the hydrophobic portions of the two nonionic surfactants led to vastly different packing in their aggregates. The addition of SDS produced smaller, more closely packed micelles.     

X射线激发荧光光谱仪的建立及闪烁晶体发光表征

利用X射线作为激发光源,自行组装并实现计算机控制的X射线激发荧光光谱仪.介绍了X射线激发荧光光谱仪的建立及其结构特性.该仪器具有时间分辨率高、测量动态范围大、使用方便等优点,可应用于晶体、粉末和液体等各种样品的测量,该仪器同时还具有很强的扩展性.     

Nd:GGG晶体荧光寿命的测试及受激发射截面的计算

介绍了荧光寿命的测试原理.设计了荧光寿命测试系统.利用脉冲取样技术测试了Nd:GGG晶体的荧光寿命,约为250μs.采用英国的荧光光谱仪,在室温条件下,用波长为488nm的Ar离子激光器激发Nd:GGG晶体,获得了Nd:GGG晶体的荧光光谱,计算出的Nd:GGG晶体的受激发射截面σ(λ)为21.57×10-20cm2.     

Nd∶GGG晶体荧光寿命的测试及受激发射截面的计算

介绍了荧光寿命的测试原理。设计了荧光寿命测试系统。利用脉冲取样技术测试了Nd∶GGG晶体的荧光寿命,约为250μs。采用英国的荧光光谱仪,在室温条件下,用波长为488nm的Ar离子激光器激发Nd:GGG晶体,获得了Nd:GGG晶体的荧光光谱,计算出的Nd∶GGG晶体的受激发射截面σ(λ)为21.57×10-20cm2。     

基于荧光法的活体海藻识别方法研究

研究海域或水域的海藻类型对海域或水域的污染情况调查、赤潮的预测等具有重要意义。通过对由特征激发波长(420,440,460,470,530,560,590,610nm)激发的荧光光谱取平均值[1~3],按特征激发波长从小到大的顺序,计算了由相邻激发波长激发的荧光光谱平均值的比值,并对特征数据进行了相关分析,得到的绿藻之间的相关系数大于0.95,硅藻之间的相关系数大于0.85。结果表明,由特征激发光激发的荧光光谱均值和按顺序所取的比值可作为识别海藻的特征参数。     

基于荧光光谱法的钞票识别技术

以光栅光谱仪为基础,光电倍增管作为探测器,运用VC++语言设计了计算机采样界面,形成了荧光光谱分析的钞票识别光电系统。在紫光灯激发下,对钞票进行了荧光光谱特性分析,设计了基于荧光光谱分析的钞票识别光学系统、光电信号的检测和信号处理系统。测试结果表明：真假币的荧光光谱曲线有着明显的区别,它们的峰值分别为545nm和525nm。设计的荧光光电系统灵敏度高,可靠性好。     

基于荧光差分的紫外光探测器研究

普通的硅光探测器,如硅光电池或硅光电二极管等仅能对可见光和近红外光响应。利用无色透明紫外荧光涂料或油墨能吸收紫外线而发出红色荧光的特点,把紫外荧光涂料涂在普通硅光电池的表面,向紫外光区拓展了其光谱响应范围。采用光声光谱技术测量了荧光硅电池的光谱响应特性,研制了荧光差分式紫外光探测器。     

基于CCD器件的农药荧光检测系统的研究

根据一些有机农药受到紫外光激发能够发出荧光的光谱特性,设计了基于荧光分析的农药浓度检测装置。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,利用CCD线阵实现了光电信号的转换,设计了相应的弱信号处理电路,并由微机进行存储和显示。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱特性的检测。实验结果表明,在激发波长319nm、荧光波长647nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L,西维因浓度范围在0~120.0μg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9996(S/N=5)。该系统能满足荧光测量的需要。