CN101634635B - 利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，包括以下步骤：(1)制备金、银等的纳米线，直径为十纳米至三百纳米，长度为一微米至一百微米；(2)通过随机分散、微纳米操纵、微纳米直写或者化学修饰方法将用于荧光共振能量转移的供体和受体分布于纳米线上不同的位置；(3)将荧光供体激发，则供体的能量会有一部分沿纳米线传导，在受体处部分能量转移到受体从而将受体激发；(4)受体的发射信号通过显微镜物镜收集，或者通过纳米线传导到纳米线的两端被显微镜物镜收集，经CCD成像或者经光谱仪测量光谱。利用金属纳米线中表面等离子体的传导，可以实现几个微米甚至更长距离的荧光共振能量转移。

Description

利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法
技术领域
本发明属于表面等离子体光子学与荧光共振能量转移的交叉领域，涉及一种在微米尺度上实现荧光共振能量转移的方法，特别涉及利用金属纳米线的表面等离子体传导实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法。
背景技术
表面等离子体光子学是近年来兴起的一个热门研究领域，它基于金银等金属纳米结构的表面等离子体共振特性。在一维金属纳米结构，如金银等的纳米线中，表面等离子体可以沿纳米线传播，从而实现光学衍射极限以下的光传导。由于表面等离子体波导具有潜在的重要应用，因此这一新兴的研究领域引起了国际科学界的巨大兴趣。
荧光共振能量转移是指两个荧光基团在足够靠近时，其中一个荧光基团被激发后会有一部分能量转移到另一个荧光基团，前一个荧光基团作为能量供体，后一个荧光基团作为能量受体。要发生荧光共振能量转移，供体的发射光谱和受体的吸收光谱必须重叠，当供体被激发后，通过能量转移，供体的荧光强度会减弱而探测到受体的荧光信号。
通常荧光共振能量转移的距离只有几个纳米到十几个纳米，而在本发明中，我们利用金属纳米线中传导的表面等离子体，可以实现几个微米甚至更长距离的荧光共振能量转移。
发明内容
本发明提供了一种利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法：利用纳米线中传导的表面等离子体，供体被激发后可以激发金属纳米线中的表面等离子体，将能量转移到纳米线，表面等离子体在纳米线中传播，在遇到受体时将部分能量转移到受体而将受体激发，从而间接实现了荧光共振能量转移。本发明的特征在于以下步骤：
(1)制备金、银、铜、铝等的纳米线，直径约为十纳米至三百纳米，长度约为一微米至一百微米；
(2)通过随机分散、微纳米操纵、微纳米直写或者化学修饰等方法将用于荧光共振能量转移的供体和受体分布于纳米线上不同的位置；
(3)将荧光供体激发，则供体的能量会有一部分沿金属纳米线传导，在受体处部分能量转移到受体从而将受体激发；
(4)受体的发射信号通过显微镜物镜收集，或者通过纳米线传导到纳米线的两端被显微镜物镜收集，经CCD成像或者经光谱仪测量光谱。
进一步，所述步骤(2)中的参与荧光共振能量转移的供体和受体为荧光分子或者荧光球或者量子点或者上转换材料颗粒。
进一步，所述步骤(3)中供体被激发的方式为激光直接激发或者激光先激发纳米线中的传导的表面等离子体，表面等离子体再将供体激发。
进一步，所述步骤(4)中的信号收集是与激发光共用一个物镜或者使用另外一个物镜。
进一步，所述纳米线分散到基底上，并且在所述纳米线上沉积有一层1-100纳米厚的二氧化硅，或者通过化学方法在纳米线表面包裹一层1-100纳米厚度的二氧化硅。
进一步，所述纳米线分散在基底表面，供体和受体通过随机分散、微纳米操纵或微纳米直写方法分布于纳米线上不同的位置，在干燥环境下实现微米尺度的荧光共振能量转移。
进一步，所述供体和受体通过化学修饰方法连接到纳米线上不同的位置，在溶液环境中实现微米尺度的荧光共振能量转移。
本发明利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，利用金属纳米线作为传导载体，金属纳米线上的供体被激发后，供体上的部分能量通过金属纳米线中的表面等离子体传导到受体上，从而将受体激发，可以实现几个微米甚至更长距离的荧光共振能量转移。
附图说明
图1(a)、(b)、(c)为实施例1中所采用的样品制备及激发探测模式的示意图；
图2(a)、(b)为实施例2中所采用的样品制备及激发探测模式的示意图。
图中：1和1’.金属纳米线，2.AFM探针，3.激光，4.供体激发的表面等离子体，5.受体激发的表面等离子体，6.纳米钢笔(NanoFountainpen)，7.激光激发的表面等离子体，8和8’.荧光供体，9和9’.荧光受体，图中纳米线与供体和受体之间的箭头表示能量转移的方向。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容，以及各个实施例之间的交叉结合。
实施例1：
本发明实施例提供了一种利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法。步骤如下：
制备金、银、铜、铝的纳米线，直径为十纳米至三百纳米，长度为一微米至一百微米；将纳米线分散到基底上，为了避免金属对荧光的淬灭，可以在纳米线样品上沉积一定厚度(如1纳米到100纳米)的二氧化硅；选择荧光供体和受体，可以选择荧光分子、荧光球、量子点、上转换材料颗粒等；如图1(a)和(b)所示，将供体8和受体9随机分散(例如用甩胶机旋涂)到纳米线样品上，可以借助微纳米操纵设备(如AFM等)将离纳米线较远的荧光球、上转换颗粒等移动到纳米线附近，将激光3聚焦到荧光供体8，供体8被激发后，则供体8的能量会有一部分沿金属纳米线1传导，在受体9处部分能量转移到受体9从而将受体9激发，如图1(c)所示；受体9的发射信号通过显微镜物镜收集，或者通过纳米线1传导到纳米线1的两端被显微镜物镜收集，经CCD成像或者经光谱仪测量光谱。
实施例2：
本发明实施例提供了一种利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法。步骤如下：
制备金、银、铜或铝的纳米线1’，直径约为十纳米至三百纳米，长度约为一微米至一百微米；通过化学方法在纳米线1’表面包裹一层1-100纳米厚度的二氧化硅，将纳米线1’分散到基底上；选择荧光供体8，和受体9’，可以选择荧光分子、荧光球、量子点、上转换材料颗粒等；将供体8’和受体9’用微纳米直写方法分别放到纳米线上不同的位置，如图2(a)所示，例如Nanonics公司的双探针扫描近场光学显微镜(SNOM)可配备输送化学物质的纳米钢笔(NanoFountainpen)，此种针尖既可作为AFM针尖又可进行物质输送，通过这种纳米钢笔6(NanoFountainpen)将供体8’和受体9’释放到纳米线1’的不同位置；将可以激发荧光供体的激光聚焦到纳米线1’的一端，则激光激发纳米线中的传导的表面等离子体，在有荧光供体8’的位置，表面等离子体将供体8’激发，供体8’被激发后，供体8’的能量会有一部分激发纳米线中的表面等离子体沿纳米线1’传导，在受体9’处部分能量转移到受体9’从而将受体9’激发，如图2(b)所示；受体9’的发射信号通过显微镜物镜收集，或者通过纳米线1’传导到纳米线1’的两端被显微镜物镜收集，经CCD成像或者经光谱仪测量光谱。

Claims (8)

1.利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备金、银、铜或铝材质的纳米线，直径为十纳米至三百纳米，长度为一微米至一百微米；
(2)通过随机分散、微纳米操纵、微纳米直写或者化学修饰方法将用于荧光共振能量转移的供体和受体分布于纳米线上不同的位置；
(3)将荧光供体激发，则供体的能量会有一部分沿金属纳米线传导，在受体处部分能量转移到受体从而将受体激发；
(4)受体的发射信号通过显微镜物镜收集，或者通过纳米线传导到纳米线的两端被显微镜物镜收集，经CCD成像或者经光谱仪测量光谱。
2.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的参与荧光共振能量转移的供体和受体为荧光分子或者荧光球或者量子点或者上转换材料颗粒。
3.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述步骤(3)中供体被激发的方式为激光直接激发或者激光先激发纳米线中的传导的表面等离子体，表面等离子体再将供体激发。
4.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的信号收集是与激发光共用一个物镜或者使用另外一个物镜。
5.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述纳米线分散到基底上，并且在所述纳米线上沉积有一层1-100纳米厚的二氧化硅。
6.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述纳米线通过化学方法在纳米线表面包裹一层1-100纳米厚的二氧化硅。
7.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：所述纳米线分散在基底表面，供体和受体通过随机分散、微纳米操纵或微纳米直写方法分布于纳米线上不同的位置，在干燥环境下实现微米尺度的荧光共振能量转移。
8.根据权利要求1所述利用纳米线实现微米尺度的荧光共振能量转移的方法，其特征在于：供体和受体通过化学修饰方法连接到纳米线上不同的位置，在溶液环境中实现微米尺度的荧光共振能量转移。
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