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筑波SEMINAR之二：解读 Nature Nanotechnology 单壁碳管荧光生物传感器

本文引用地址：[url=http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=6955][color=#810081]http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=6955[/color][/url]

[size=3]上次聊到KAMAT教授得一篇妙文，妙就妙在他能把基本的物理化学概念解释的非常清楚，所用的测试手段也是几个常用的方法，完全没有扯到自旋加速器上去。毛泽东老人家用几十年的战斗经验告诉我们，要战略上轻视敌人，战术上要重视敌人。这对于我们读文献也很有启发，看来这些牛组的文章也没有什么不得了啊，不妨一一学过来。一个组大概看家本领也就那么几套，这不又看见KAMAT在Advanced Materials上灌水了：[/size]
[b]Anchoring ZnO Particles on Functionalized Single Wall Carbon Nanotubes. Excited State Interactions and Charge Collection (p NA)[/b]
F. Vietmeyer, B. Seger, P. V. Kamat
Published Online: 29 Aug 2007
DOI: 10.1002/adma.200602773
[img]http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/116310182/mcontent[/img]
[size=3]逼得我又不妨拜读一下，结果大失所望啊。里面只是用氧化锌替换氧化钛，做一个淬灭实验，看看吸收有没有变化，算一算电子转移速率，最后测一下光转换效率。弄几张扫描电镜图还讨论了一下，得出氧化锌含量高得话容易聚集，含量低可以得到分散比较好的分散。你说这样的讨论能不让人叹气。更可气的是，论文的PROOF都没有好好改一下，你稍加一读就会发现第五段的图一应该指的是图二，而图六总ABC根本就不知所指，这样让我们看文章也就很费劲。最后得到的结果是氧化锌－碳管杂化体系对于电荷分离过程并没有很好的作用，虽然光电转换效率提高了2个百分数。这也难怪，KAMAT总是喜欢把碳管表面氧化一下，制造一些基团来anchor氧化物，但是这样的功能话显然对碳管本身导电性有很大影响了吧,有经验的不妨谈一谈。[/size]
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[size=3]把这篇AM扔到一边，再来看看Nature Nanotechnology上的一个最新工作。[/size]
[size=3][color=#ff0000]Reversible fluorescence quenching in carbon nanotubes for biomolecular sensing[/color][/size][color=#ff0000]B. C. Satishkumar[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url], Leif O. Brown[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url], Yuan Gao[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url], Chun-Chih Wang[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url], Hsing-Lin Wang[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url] & Stephen K. Doorn[url=http://www.nature.com/nnano/journal/v2/n9/abs/nnano.2007.261.html#a1][color=#0000ff]1[/color][/url][/color]
[color=#ff0000]Chemistry Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA[/color]
[color=#ff0000]Nature Nanotechnology 2, 560 - 564 (2007)[/color]
[color=#ff0000][/color]
[size=3]Nature Nanotechnology可是另一个纳米期刊新贵。你看看Small这个刊物，出来才一年就搞到纳米期刊领域中第二把交椅了，影响因子6.02，Wiley出版社marketing做的非常成功啊。不过这些万众瞩目的刊物自然有瞩目之处，我等虽然暂时发不了文章，但从这些文章中可以学到不少东西。[/size]

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Figure 1 - Structures of the dye–ligand conjugates and their doping effects on nanotube emission spectra

[size=3]这篇文章写的简单明了，目的就是为了向大家展示一点：单壁碳纳米管能够作为生物分子传感器。这个传感如何实现？从图一中看的很清楚，碳管本来在远红外可以发出荧光，但是因为接了一个所谓的染料配位共轭分子（dye-ligand conjugates；DLC），这样碳管上激发态的电子跑到这个染料上去了，结果就是荧光淬灭。这是第一步。第二步就是如何让碳管的荧光重新发出来，成为指示信号。这不就刚好实现OFF-ON转换吗。就这么简单，但是因为是单壁碳纳米管做主角，所以身价百倍了。由于这个DLC和碳管是非共价键结合的，所以很容易和更强的蛋白质结合。比如文章中用的biotin这个配位体更容易和一些蛋白质选择性结合，如Avidin等等。这也就是图一a中向说明的过程。[/size]
[size=3]       当然说这个思路很简单，但是实验并不是很好做，确实在定量化上要话很多功夫，比如这个DLC和碳管结合不能过量，要刚好使得碳管的荧光全部淬灭，这样才利于后面的荧光滴定实验。这个可是绣花活。[/size]

[align=center][attach]2093[/attach][/align]
Figure 2 - Photo-induced charge-transfer quenching mechanism

[size=3]一篇好文章光有好思路好结果还不行，还得整一些SCIENCE出来，让大家读起来津津乐道。这不作者马上就开始聊起研究过程中出现的新现象和给出的解释。一个很有趣的现象就是荧光虽然淬灭了（图一d和e），但是吸收谱却没有变化（图二a）。这倒是很有意思的现象。吸收系数没有变化说明什么问题呢？吸收系数变化了又说明什么问题呢？这个问题在平时研究中还真没有考虑过。原来这个和碳管基态的相对位置有很大的关系。作者特地比较了组里2005年曾经做过的一个研究，我后来找来读一下，那篇文章把这个传感器思想全都说了，下次再聊那篇文章。在那篇文章里，荧光淬灭的同时，吸收也消光（bleaching）了。呵呵，这就是作者文章里面讨论的一个小科学问题。原因就在于两篇文章用了不同的染料分子，这些染料分子的能级和碳管的能级处于不同的位置（图2c和d）。以前的分子LUMO态能级在碳管的价带下面（图2c），所以一般不需要光激发，碳管价带上的电子就会跑到染料分子上去，这样造成depleted的碳管基态，既没有荧光出来，对应的光吸收也没了。而这篇文章染料分子LUMO能级恰好在碳管价带与导带之间（图2d），碳管上的电子需要经过激发才能跑到染料分子的LUMO上去，同时还会以非辐射损失的方式重新回到碳管价带上，这个过程对于稳态吸收来说是一个极短的过程，所以吸收谱并没有变化，而荧光被淬灭掉了。解释的多清楚，佩服一下。读这样的文章才会有这样的感触，哦，这就是科学，不是实验报告。[/size]
[size=3]文章最后继续讨论了配位体ligand的选择性作用对荧光恢复，也就是灵敏度的影响，当然对于biotin来说，蛋白质对它选择越好，结合越强，碳管也能早日摆脱biotin连着的染料影响，从而放出耀眼的光辉啊，这些都是技术活，此处不表。看来碳纳米管和生物结合有两处有意思的地方，一个是用在药物释放或者抗癌，另一个就是荧光标记或者指示。[/size]

A wonderful post, thank you.

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求助文献2篇

现向各位高手求助文献2篇,如能找到请发邮箱:rao1977@163.com,不胜感激!!
1、Infrared Emitting Dye and/or Two Photon Excitable Fluorescent Dye Encapsulated in Biodegradable Polymer Nanoparticles for Bioimaging
　　　K Baba, TY Ohulchanskyy, Q Zheng, TC Lin, EJ … - mrs.org
２、Luminescent nanomaterials for biological labelling
　　F Wang, WB Tan, Y Zhang, X Fan, M Wang - Nanotechnology, 2006 –

评价的不错，:lol :lol

哈哈，原来是师兄的博客里的。

嗯，学习。。继续进行中。:time: 谢谢楼主