银纳米颗粒等离子体共振增强荧光研究综述报告.docx

银纳米颗粒等离子体共振增强荧光研究综述报告
银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术又称为基于表面增强拉曼散射的共振增强荧光技术（Surface-EnhancedRamanScattering-EnhancedFluorescence，SEREF）。该技术基于等离子体共振增强效应，利用银纳米颗粒的表面等离子体团簇（SurfacePlasmonResonance，SPR）产生的局域电场，增强荧光强度，从而显著提高荧光信号检测灵敏度、准确性和特异性。本文对该技术的研究进展进行综述，并探讨其在生物分析、环境监测和食品检测等领域的应用前景。
1.银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术的原理
等离子体（Plasmon）是指一种由连续中电子集体振动引发的一系列激发态，具有持续存在的时间和特定的频率特性。等离子体共振（PlasmonResonance，PR）是指等离子体被特定的光学激发场激励后，吸收和散射光子的最大频率，通常在纳米量级的金属颗粒中会出现SPR。银纳米颗粒SPR的吸收波长在400~500nm范围内，正好与常见荧光染料的激发波长（如荧光素）相匹配，因此可以利用SPR展现的局域电场增强染料的荧光强度。
这种局域电场效应是由于银纳米颗粒SPR周围电子的极化引起的，极化电荷会对准入牛顿环（紧贴颗粒表面的薄膜）中的分子进行吸引和排斥，使得分子的振荡被放大，增强荧光信号。此外，银纳米颗粒还可以增强共振拉曼光谱（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）效应，通过表面增强拉曼光谱（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）的信号促进荧光分子的探测。
2.银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术的发展历程
早期，等离子体共振技术用于表面增强拉曼散射（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS），主要用于化学和材料科学的相关研究。而银纳米颗粒的SPR共振特性也被利用于SERS，这一技术的灵敏度比传统的Raman光谱技术高出数倍甚至数百倍。21世纪初期，美国化学会（ACS）的研究者首次报道了银纳米颗粒SPR的共振增强荧光效应。在荧光染料中加入银纳米颗粒，使其受到SPR引起的局域电场的影响，可以将荧光增强10倍以上。
近年来，银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术得到了广泛的研究和应用。子颗粒银团簇（sub-nanoclusterAg，SNC-Ag）或者银纳米棒是这种技术的主要研究对象之一。由于其表面具有典型的LSPR波长，且由于其结构和形态的改变，可以调节其局域电场效应，从而影响荧光增强效果。同时，人工制作银纳米颗粒的纳米结构也在不断地优化改进，如制作正交、花瓣状的银纳米点阵或球形超晶粒，以获得更高的荧光增强效果。
3.银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术在生物医学领域中的应用
A.检测癌症细胞和抗癌药物：银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术可用于定量测定细胞膜的蛋白质信号和多肽荧光探针的定量检测，在人类肺癌细胞株PC-3M和正常肺细胞HBE中进行了验证。此技术还将应用于抗癌药物的筛选和开发，如荧光标记柑桉酚的银纳米颗粒和CAMPTOTECIN的银纳米荧光探针，利用其荧光强度变化的信号来检测抗癌药物对某些癌细胞的作用和有效性。
B.生物分子检测及基因治疗：银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术可用于单分子检测，通过将单分子标记在银纳米颗粒表面进行荧光标记，探测霉菌毒素、癌症蛋白、DNA、RNA和基因治疗药物等生物分子。该技术也可以通过增强荧光探针对病毒进行检测，如利用二氧化硅封装的荧光银纳米棒来检测HIV病毒。
C.活细胞成像：银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术在活细胞成像方面也有极大的应用潜力。例如，荧光染料Rhodamine6G和荧光素-iso恶唑酸铊可以被银纳米颗粒的局域电场增强几个数量级同时可以渗透到细胞膜内部，当它与癌细胞膜相互作用时，银纳米颗粒对这些染料的荧光增强可用于检测粘附在癌症细胞表面的银纳米粒子，从而实现细胞成像和临床诊断。
4.银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术在环境监测和食品安全领域的应用
A.食品安全检测：近年来，银纳米颗粒等离子体共振增强荧光技术被广泛应用于食品安全领域，如快速检测水果和蔬菜中的农药残留、检测动物肉类和海鲜中的重金属污染物质、分析河流和湖泊等水源中的微生物污染程度等。银纳米粒子较小且具有较大的比表面积，能快速检测毒性物质，且检测时间短，经济有效。
B.环境监测：银纳米颗粒可通过各种方法被嵌入支持材料中（如膜、微球、纤维和多孔吸附剂）：在油水分离，重金属污染物、清洁废水、水中氨氮等环境问题中也有广阔的应用前景。例如，高分子-银纳米粒子复合材料可应用于纳米吸附材料和分离膜，用于净化含有重金属的工业废水。此外，银纳米纤维过滤器还可以应用于空气中