金纳米棒的偏光特性及其作为方向探针在单分子水平成像上的应用.PDF

中国科学: 化学 2015 年 第45 卷 第10 期: 1010 ~ 1025 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 金纳米棒的偏光特性及其作为方向探针在单分子 水平成像上的应用 * 杨玉东 , 刘公召, 李冬至, 徐菁华, 杨林梅 沈阳工业大学理学院, 沈阳 110870 *通讯作者, E-mail: songzx07@163.com 收稿日期: 2015-05-16; 接受日期: 2015-06-10; 网络版发表日期: 2015-07-22 doi: 10.1360/N032015-00073 摘要 随着生物医学的发展, 对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米材料和 关键词 技术被越来越多地应用到生物医学领域. 各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较 金纳米棒 生物医学 大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛 单分子方向 应用于生物成像领域. 复杂的活细胞组织内纳米级目标的位置和动态的空间构型对于我们 三维示踪 理解很多生物物理学过程的细节问题至关重要. 本文结合本课题组在该领域的研究经验, 并 从金纳米棒局部等离子共振特性和偏光特性出发, 综述了金纳米棒作为方向探针的3D 跟踪 定位成像技术与手段. 包括暗场成像技术、微分干涉成像、光热成像、共聚焦显微镜成像等 生物成像技术和脱焦成像、全内反成像和双通道等生物成像手段. 同时阐述了金纳米棒作为 方向探针在生物成像领域中的应用进展. 1 引言 严重限制其应用与生物成像[2]. 虽然核壳结构半导体 纳米粒子可以在一定程度上缓解光漂白, 但这些纳 20 世纪 90 年代, 常温溶液中单分子光学检测的 米颗粒的毒性在生命科学的实际应用中可能是一个 实现是分析化学发展历史上的一个标志性成果, 以 致命的缺点. 此为开端的单分子检测技术在各研究领域的应用蓬 贵金属纳米颗粒(NPs)表现出非凡的等离子共振 勃发展. 单分子检测技术为发现和研究个别分子的 特性、奇异的光学性能、良好的生物相容性和无生物 活动特征, 揭示特定时刻分子的位置和行为, 探讨生 毒性, 因此可能是一种替代有机染料或量子点的生 命活动中分子活动的过程和机理提供了可行性. 随 物探针[3]. 除了比染料分子具有更大的吸收和散射截 着单分子技术的发展, 科研人员越来越关心光学探 面外, 局部表面等离子的集体振荡(LSPs)也激发了强 针在纳米尺度的方向问题. 很多生物学过程如蛋白 烈的荧光, 极化的光吸收和光散射[4], 这种极化特性 质发生结构形变、ATP 酶的转动、细胞膜的形变等都 可以通过调控 NPs 的形状用于生物成像. 特别是具 [1] 会导致分子或纳米颗粒的方向发生改变 . 有形状各向异性的金纳米棒(AuNRs), 其纵向和横向 目前, 方向探针大部分使用的是荧光