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单分子检测技术.ppt
定义 1. 单分子检测技术是检测灵敏度达到分子水平的一系列高灵敏检测技术。 2.单分子检测是分析化学家长期以来梦寐以求的一项富有挑战性的前沿领域,达到了分子检测灵敏度的极限,是物质低含量监测技术中最后一个里程碑。 特点:检测空间尺度在纳米数量级,检测的分子数目或相关事件一般在几个(次)到几千个(次)的范围。 背景 我们为什么需要单分子检测? 对超灵敏度检测技术的需求!!! 例:AIDS的研究 未检出≠不存在 单分子检测的研究方法 共同特征 单分子电化学检测 溶液中分子在两个电极间进行反复循环氧化还原反应,形成回路和可测量的电流,据此可进行SMD. 通过使用特制的纳米微电极,将少量待测电活性分子捕获在纳米微电极与基底之间;在扩散作用下,分子穿梭于微电极与基底之间,从而形成电流,通过检测形成的电流从而实现单分子的检测。 可以确定半反应电势自由能及反应动力学. 单分子电化学检测 单分子的电化学检测的两个前提条件: (1)要能独立检测发生在纳米尺度空间的反应变化,实现对有限个数分子的捕获。(使用纳米微电极) (2)需要把反映单分子行为的微弱信号放大到可以检测的程度。 单分子电化学检测 单分子荧光检测 基本原理:在激光照射下,荧光分子从基态到激发态,发射光子回到基态。根据荧光寿命和分子在激光束中停留时间,可算出单个分子发射的最大光子数为105~106。目前光学检测系统收集、检测光子的效率约为1%或0.5%~5%,故单个分子仍可被检测到数千光子信号。 检出限约为10-13mol/L,应用最广! 单分子荧光检测 单分子的识别 1.光谱法; 2.荧光寿命法,纳秒级; 3.光子爆发量(强度),分子不同,荧光量子产率等光物理性质不同,导致发射的光子数不同; 4.时间分辨荧光各向异性。 局域表面等离子体共振检测 局域表面等离子体是存在于金属纳米粒子或不连续 的金属纳米结构中的电荷密度震荡。 局域表面等离子共振是当金属纳米粒子被入射光激 发时,因内部自由电子的协同振荡而产生的共振。 LSPR传感器 理论上所有的金属、合金、半导体材料都可以做成LSPR传感器,常用金、 银、铂等贵金属。LSPR的吸收光谱峰值处的吸收波长取决于材料的微观结构特性,如组成、 形状、 大小、 局域传导率。 LSPR传感器 * LOGO 扫描隧道显微镜( STM)基于量子力学的隧道效应和三维扫描的原理设计而成,原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时,此处电子云重叠,外加一电压( 2mV~2V) ,针尖与样品之间产生隧道效应而有电子逸出,形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有函数关 系,当探针沿物质表面按给定高度扫描时,因样品表面原子凹凸不平,使探针与物质表 面间的距离不断变化,从而引起电流不断改变 将电流的这种改变图像化即可显示出原 子水平的凹凸形态 当处于探针下的区域为导体时,探针上产生的还原态物种扩散至该区域时被氧化成O,然后又扩散至 探针,使得探针工作表面上O的有效流量增加,这种电流的增加称为正反馈。 适用于单个生色团分子如荧光素、罗 丹明和花青等。对于生物大分子如蛋白质和核酸,可以用荧光分子标记来检测。 单分子检测的关键是消除拉曼和瑞利散射以及杂质荧光等背景的干扰,采用高效滤光片, 利用共焦、近场和隐失场激发以减少激光照射体积,可有效地削弱背底,提高信噪比 LIF检测单分子的关键在于降低由瑞利散射、拉曼散射及溶剂杂质荧光产生的背景干扰。由于单 分子信号与探测体积无关,而背景正比于探测体积,所以采用pL级或更小的探测体积,再结合光谱滤波 和时间分辨等技术,始能实现单分子检测 检测到不规则的pA级电流 组成,形状,大小会改变灵敏度,制作LSPR的原理主要是利用局域传导率改变对应着吸收光谱峰值的移动。 单分子检测 Single Molecules Detection 高等分析化学与实验 Outline of my presentation Introduction History and background Single Molecules Detection(SMD) SMD in modern chemistry Electrochemical Detection Fluorescence Spectroscopy Localized Surface Plasmon Resonance(LSPR) Application * * Push your
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