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等离子共振能量转移(Plasmon resonance energy transfer,PRET)是一种涉及等离子体的共振能量转移形式。通常以具有等离子体共振散射特征的贵金属纳米颗粒作为能量供体,以能量匹配且具有光吸收能力的有机小分子、生物大分子等生色团分子作为能量受体构成。当贵金属纳米颗粒与能量受体分子发生近距离共振耦合且纳米颗粒的等离子体共振散射光谱与能量受体分子的吸收光谱重叠时,贵金属纳米颗粒与能量受体分子间便可通过偶极-偶极相互作用的方式发生非辐射的能量转移。表现为贵金属纳米颗粒的等离子体共振散射光谱发生猝灭,单颗粒散射信号降低。PRET作为一种新兴的能量转移形式,兼具光谱分辨率高、灵敏度高、选择性好等优势。因此已经被广泛地应用于生物分子识别、细胞生理状态监控、分子及离子检测、光催化及光电转化增强等领域。然而构建一个新的PRET体系并将其应用于分析检测领域并非易事,需要以能量供受体之间的光谱重叠为前提。目前的PRET体系多数都以细胞色素c或罗丹明衍生物作为能量受体,而能量供体则多为金纳米球(Gold nanoparticles,Au NPs)或金纳米棒(Gold nanorods,Au NRs)。进而存在能量供受体对有限,以及能量供受体对之间的连接步骤繁琐和连接效率较低等问题。因此开发新的,特别是能够以简单模式构建的PRET体系,以拓展PRET在分析检测中的应用是当前PRET分析化学的一个主题。金海胆(Urchin-like gold nanoparticles,UGPs)是一种由一个中心核和许多分枝状尖端组成的具有分枝状结构的纳米颗粒。与传统的Au NPs和Au NRs相比,UGPs具有更高的比表面积、更强的局部电场增强效应以及特别显著的等离子体天线效应。其局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR)性质在很大程度上依赖于UGPs的尖端数目、长度及纵横比等。因此,通过调节UGPs的尖端角度和长度,可以使其具有从可见光区到近红外区的光谱可调性。鉴于此,本论文以UGPs为研究对象,利用UGPs可调的LSPR性质及UGPs的多尖端结构特征所带来的极强的局部电场增强效应,通过极为简单的静电吸附方式构建了新型PRET耦合体系,实现了能量供受体对之间的高效率连接并将其进一步用于分析检测中,具体内容如下:1.金海胆与3,3’,5,5’-四甲基联苯胺氧化物(oxTMB)之间的等离子体共振能量转移及酸性磷酸酶(ACP)的高选择性测定。将PRET与酶促反应相结合,结合酶促反应的高选择性,构建了一种高选择性检测ACP的方法。制备了具有多尖端结构及较大比表面积的UGPs,其LSPR特征散射峰位于634 nm处,与特征吸收峰位于652 nm处的oxTMB分子的吸收光谱具有较高的重叠程度。此外表面为负电性的UGPs与正电性的oxTMB能够通过简单的静电吸附方式相结合,因此可以构成PRET能量供受体对,触发PRET。当有靶物ACP存在时,酶促反应产物抗坏血酸(AA)将oxTMB还原成在652 nm处无吸收的TMB,还原产物TMB与UGPs之间的光谱错配有效地阻断了PRET的发生,从而引起UGPs的散射强度的恢复。实验结果表明,在0.1–5.0 U/L范围内,UGPs散射强度的恢复与ACP浓度呈线性相关,实现了对ACP的定量检测,检测限为0.076 U/L。2.金海胆与2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸氧化物(ABTS~+)静电耦合触发的等离子体共振能量转移及光热转换增强。UGPs具有的等离子体共振具有从可见区到近红外区的较宽的分布范围,为近红外区光谱分析和相关应用提供了条件。为此,我们通过调控UGPs的尖端数目及长度,合成了具有近红外吸收的UGPs。选取同样在近红外区具有较强吸收的ABTS~+作为能量受体,并利用脂质体(Lip)和辣根过氧化物酶(HRP)构建了一种新型的复合光热材料(UGPs&ABTS&HRP)@Lip。在活性氧的触发下,氧化生成的ABTS~+能够与UGPs通过静电吸附的方式相结合,触发PRET,导致UGPs的能量能够通过PRET转移给ABTS~+。然后在激光照射下,ABTS~+将吸收的能量进一步转换为热能。通过UGPs与ABTS~+之间的PRET,能够将UGPs的强散射发光转变为热,以至于构建的复合材料(UGPs&ABTS&HRP)@Lip的光热效应通过PRET实现了增强,同时具有散射成像性能。综上所述,本文选取并制备了具有多个分支结构的UGPs作为研究对象,通过调控UGPs的形貌和大小,有针对性地制备了具有不同LSPR性质的UGPs,并以UGPs作为能量供体构建了新型的PRET体系。一方面成功应用于疾病标志物的高选择性检测,另一方面将纳米颗粒的光散射与光热性质相结合,利用PRET构建了一种复合光热材料。利用该材料能够将等离子体纳米颗粒部分的光散射转变为热输出,增强了材料的光热性质,同时保留了散射成像性能,拓展了PRET的应用领域。