荧光物质修饰金纳米棒对其横向表面等离激元共振峰值的影

收稿日期：2015-05-06
*基金项目：吉林省科技厅项目（3D509M123430）
荧光物质修饰金纳米棒对其横向表面
等离激元共振峰值的影响*
潘
颖1，王俊容1，刘奕辰1蒨，李析1，王
佳1，黄文君2
(1.吉林大学中日联谊医院妇科，吉林长春130033)
(2.吉林大学第二临床医院输血科，吉林长春130041)
摘
要：利用晶种生长法制备金纳米棒，采用罗丹明6G 及虎红钠盐两种荧光物质分别对其进行
表面修饰，研究荧光物质修饰金纳米棒对其横向表面等离激元共振峰值的影响。

吸收光谱测试表明，荧光物质修饰金纳米棒的横向表面等离激元共振吸收峰值明显提高，相比虎红钠盐，罗丹明6G 修饰的金纳米棒的横向表面等离激元共振峰值强度更高。

关键词：金纳米棒;罗丹明6G;虎红钠盐;表面等离激元共振
Rseraches on the Effecting Function of Fluorescent Substances to the
Gold Nanorods Transverse Surface Plasmon Resonance Peak
PAN Ying 1,WANG Jun-rong 1,LIU Yi-chen 1,LI Xi-qian 1,
WANG Jia 1,HUANG Wen-jun 2
(1.Department of Gynecological,China-Japan Union Hospital,Jilin University,Changchun 130033,China)
(2.Department of Blood Transfusion ，Second Clinical Hospital ，Jilin University,
Changchun 130041,China)
Abstract:The gold nanorods (GNRs)were obtained by the seed-mediated method,and then decorated
by Rhodamine 6G (R6G)and Rose Bengal sodium,respectively.The influence fluorescent substances to transverse surface plasmon resonance peak of the decorated gold nanorods.The UV-Abs spectrum results indicates that the TSPR
(transverse surface plasmon resonance)absorbance peak of the
decorated gold nanorods were higher than the as -grown gold pared with RB,R6G
benefit to improve the the LSPR absorbance peaks of the gold decorated nanorods.
Keywords:gold nanorods;Rhodamine 6G;Rose Bengal sodium salt;surface plasmon resonance
中图分类号：O433.1文献标识码：A 文章编号：1812-1918（2015）03-0033-07
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0引言
在金属纳米颗粒的研究中，形貌可控制备及光学性质一直是物理科学及其相关科学领域的研究热点[1]-[3]。

近年来，在金纳米棒(GNRs)方面的研究已取得了长足的进步[4]，人们可通过模板法、光化学法、晶种生长法以及电化学法等诸多方法制备出长径比不同的金纳米棒，并将其广泛应用于生物检测、医学诊断、光学成像以及光谱研究等诸多领域[5]-[8]。

金纳米颗粒以其独特的表面等离激元共振(surface plasmon resonance,SPR)性质引起了众多科学工作者的研究兴趣[9][10]。

金纳米颗粒在可见吸收光谱上表现为较强的吸收峰[11]，吸收峰的位置主要取决于金纳米粒子的尺寸、形状、表面电荷、所处溶液环境[12]，其中，金纳米棒更是具有独特的SPR性质，在可见吸收光谱上可表现为横向与纵向两个SPR峰，其中纵向SPR(LSPR)峰的位置取决于金纳米棒长径比的变化，长径比越大其纵向SPR峰的位置便越靠近于近红外波段，而横向SPR峰(TSPR)的位置并不随金纳米棒长径比的变化而改变，这也是金纳米棒独特的光学性质。

目前，关于控制金纳米棒长径比，实现纵向SPR峰位改变的报道很多[13][14]，但基于不同荧光物质修饰金纳米棒对其横向SPR峰值影响的研究却相对较少。

本文利用晶种生长法制备金纳米棒[15]，使用罗丹明6G与虎红钠盐分别对其进行表面修饰[16][17]，对表面修饰后的金纳米棒材料进行表面等离激元共振峰值的信号测试[18]，对两种修饰后金纳米棒材料的可见吸收光谱进行对比分析。

1实验
1.1实验材料与仪器
材料：三水合四氯金酸(III)酸(HAuCL4·3H2O)、液相高纯水、罗丹明6G、硼氯化钠(NaBH4)、硝酸银(AgNO3)，购于Alfa Aesar公司，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、抗坏血酸(AA)、虎红钠盐(RB)，购于Sigma公司。

仪器:TU-1810型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；JEM-2000EX 型透射电子显微镜（日本JEOL公司）；Cen-trifuge5430R型离心机（德国eppendorf公司）；XMTD-8222型自动恒温振荡器（上海精宏实验设备有限公司）；Zeta电位分析仪（英国马尔文公司）。

1.2金纳米棒制备
首先，选用5mL高纯水加入5mL浓度为0.2mol/L的CTAB溶液中，再加入浓度为10 mmol/L的HAuCL4·3H2O溶液200μL、搅拌2 min，最后加入浓度为0.01mmol/L的冰NaBH4溶液1mL，搅拌1min制得种子溶液。

选用200μL浓度为25mmol/L的HAuCL4·3H2O溶液加入5mL液相高纯水，再加入浓度为0.004mol/L的AgNO3溶200μL液和浓度为0.2mol/L的CTAB 溶液5mL，最后加入浓度为0.1mol/L的AA溶液200μL，即制得生长液。

待生长液完全澄清时，加入50μL种子溶液，放入自动恒温振荡器中33℃生长12h，制备出金纳米棒。

1.3荧光物质对金纳米棒表面的修饰
取10mL制备好的金纳米棒溶液为第1组，7800r/min离心4次，每次15min，离心后弃去上清液，并将底物分散至10mL液相高纯水中。

配制浓度为0.1%的罗丹明6G溶液，取两瓶3.5mL离心后金米棒样品溶液分别标记为1号样品与2号样品。

在1号样品中加入500μL罗丹明6G溶液，在2号样品中加入1mL罗丹明6G 溶液，在避光条件下剧烈搅拌24h，即得到罗丹明6G修饰的金纳米棒材料。

取10mL制备好的金纳米棒溶液为第2组，7800r/min离心4次，每次15min，离心后弃去上清液，将底物分散至10mL液相高纯水中。

配制浓度为0.1%的RB溶液，取两瓶3.5mL离心后金纳米棒样品溶液分别标记为3号样品与4号样品。

在3号样品中加入500μL的RB溶液，在4号样品中加入1mL的RB溶液，在避光条件下剧烈搅拌24h后，即得到虎红钠盐修饰的金纳米棒
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图1不同生长时间段内金纳米棒实物样品图(1)0h 、(2)6h 、(3)6h 、(4)12h
图2金纳米棒TEM 图(A)第1组、(B)第2组
（a ）
（b ）
材料。

2结果与讨论
2.1金纳米棒的表征
本文采用晶种生长法成功制备出了分散性较好的金纳米棒。

图1为金纳米棒不同生长时间段内的实物照片。

金纳米棒溶液的颜色随生长时间从0h 至6h ，从无色逐渐变为淡紫色，从6h 至12h 逐渐由淡紫色变为深红色，12h 之后颜色稳定不变，继续在恒温箱中静置一段时间，待金纳米棒生长完全。

随着生长时间的增加，金纳米棒溶液的颜色发生改变，主要因为金纳米粒子的尺寸、形状及表面电荷均发生改变。

当可见光照射到不同生长时间段内金纳米粒子表面时，入射光的波长与金纳米粒子表面自由电子的振动频率发生了共振耦合，不同尺寸的金纳米粒子对可见光具有选择性
吸收，从而使得金纳米粒子的横向及纵向表面等离激元共振发生改变，使其具有了不同的峰形、峰位及峰宽。

本实验制备了两组不同长径比的金纳米棒，并对其形貌及吸收光谱进行了观察。

图2为本实验制备的两组不同金纳米棒的TEM 图。

从图2中可看出，两组金纳米颗粒整体呈棒状，且金纳米棒分布均匀，表面光滑平整。

第1组金纳米棒长径为60至80nm ，短径为20至25nm ，长径比约为3.5。

第2组金纳米棒长径为60至70nm ，短径为20至23nm ，长径比约为3。

图3为离心后金纳米棒溶液的可见吸收光谱图。

从图中以看出，第1组金纳米棒在530nm 处及710nm 处具有两个明显的SPR 吸收峰，位于610nm 处的吸收峰是由于溶液中存在一些长径比略小的金纳米棒所导致。

第2组金纳米棒在530nm 处及630nm 处同样也具有两个明显的SPR 吸收峰。

比较发现，两组样品的横向SPR 峰位均位于530nm 处，对于纵向SPR 峰位，有明显的区别，存在着80nm 的峰位差，主要因为第2组金纳米棒的长径要短于第1组金纳米棒的长径。

2.2荧光染料与金纳米棒表面电位分析
基于已有的金纳米棒表面修饰技术，金纳米棒的表面修饰技术主要可以分为表面修饰材料与粒子表面依靠化学键结合、有机或无机材料直接包裹金纳米棒[19]两种方法。

本文以静电吸附方式分别实现金纳米棒的罗丹明6G 和RB 修饰。

通过电位测试，第1组金
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1.00.80.60.40.2
0R6G
Group1GNRs
400
500600700800900
wavelength(nm)图6
可见吸收光谱对比图
1.00.80.60.40.20Group1GNRs Group2GNRs
400500
600700800900
wavelength(nm)
图3
离心后两组金纳米棒可见吸收光谱图
图5表面电位测试(A)第2组，(B)RB
400000300000200000100000
-1000100200
Apparent Zeta Potential(mV)
Record1:AU2(a)
Zeta Potential Distribution
10000080000600004000020000
-1000100200
Apparent Zeta Potential(mV)
Record6:RB2
(b)
Zeta Potential Distribution
图4表面电位测试(A)第1组，(B)罗丹明6G
15000010000050000
-1000100200
Apparent Zeta Potential(mV)
Record1:AU1(a)
Zeta Potential Distribution
300000200000100000
-1000100200
Apparent Zeta Potential(mV)
Record4:R6G2
(b)
Zeta Potential Distribution
纳米棒表面电位为+49.5mV ，而罗丹明6G 分子的表面电位为-5.88mV 。

如图4所示。

因此，罗丹明6G 与第1组金纳米棒可以通过静电吸附的方式结合起来。

图5为对第2组金纳米棒与RB 分子的表面电位测试。

从图5中可知，金纳米棒表面电位为+57.9mV ，RB 分子表面电位为-17.5mV ，因此，虎红钠盐与第2组金纳米棒也可以通过静电吸附的方式相结合。

2.3荧光染料修饰金纳米棒的光学性质及其形貌
在金纳米棒表面修饰某些特定荧光物质后，
表面等离激元共振峰值会得到明显变化，主要因为将带有负电荷的荧光物质分子吸附在带有正电荷的金纳米棒表面，金纳米棒表面等离激元共振能级与荧光物质分子吸收能级兼并时，系统便会发生能级共振耦合效应，造成金纳米棒表面等离激元共振峰的大幅移动[20]。

2.3.1罗丹明6G 修饰金纳米棒后的光学性质及其形貌
图6为第1组金纳米棒与浓度为0.1%的罗丹明6G 溶液的可见吸收光谱。

从图6中可看出，罗丹明6G 溶液的主吸收峰与金纳米棒横向SPR 峰均位于530nm 处。

1号样品为3.5mL 金纳米棒溶液中加入0.5
36
（a ）
（b ）
图8样品的TEM 图(A)第1组1号，(B)第1组2号样品
1.00.80.60.40.20GNRs@1ml R6G GNRs@0.5ml R6G GNRs
400500
600700
800900
wavelength(nm)
图7
No.1样品、No.2样品与裸金纳米棒的
可见吸收光谱对比图
mL 罗丹明6G 溶液，2号样品为3.5mL 金纳米棒溶液中加入1mL 罗丹明6G 溶液。

图7为实验样品与裸金纳米棒纵向SPR 峰归一化的可见吸收光谱图。

从图中可知，1号样品与2号样品在530nm 处横向SPR 峰值均高于裸金纳米棒。

在530nm 处横向SPR 峰值，随着罗丹明6G 溶液量的增加得到明显的提高。

图8为第1组1号样品及2号样品的TEM 图。

从图8中观察到，在金纳米棒表面修饰有一层极薄的罗丹明6G 分子，随着罗丹明6G 溶液量的增加，其表面修饰层的厚度也有所增加。

这与图7中1号、2号样品的可见吸收光谱的变化现象相吻合。

2.3.2虎红钠盐修饰金纳米棒的光学性质及其形貌
图9为第2组金纳米棒与浓度为0.1%的RB 溶液的可见吸收光谱。

从图9中可看出，RB 溶
液的主吸收峰位于550nm 处，金纳米棒横向SPR 峰位于530nm 处。

通过调节复合材料中RB 分子的量，测试了其对第2组金纳米棒横向SPR 峰值的影响。

3号样品为3.5mL 金纳米棒溶液中加入0.5mLRB 溶液，4号样品为3.5mL 金纳米棒溶液中加入1mLRB 溶液。

图10为第2组3号样品、4号样品与裸金纳米棒纵向SPR 峰归一化的可见吸收光谱。

从图中可知3号样品与4号样品在530nm 处的横向SPR 峰值均强于裸金纳米棒在530nm 处的横向SPR 峰值，并且随着RB 溶液量的增加，在530nm 处的横向SPR 峰值的强度得到提高。

图11为第2组3号及4号样品的TEM 图。

从TEM 图中可看出，在金纳米棒表面修饰有一层极薄的RB 分子，随着RB 溶液量的增加，修饰层的厚度也有所增加。

这与图10中3号、4号两种样品的可见吸收光谱的变化现象相符合。

2.3.3不同材料修饰金纳米棒表面的对比分析
通过对1、2两组实验样品的可见吸收光谱分析，发现罗丹明6G 与虎红钠盐均对两组金纳米棒的横向SPR 峰值具有影响。

图12为第1组2号样与第2组4号样的可见吸收光谱。

以上两种样品均为在3.5mL 金纳米棒溶液中加入1mL 荧光物质溶液。

通过分析两组金纳米棒纵向SPR 峰归一化后的可见吸收光谱，发现在530nm 处罗丹明6G 修饰的金纳米棒横向SPR 峰值强度是虎红钠盐修饰的金纳米棒的1.24倍。

罗丹明6G 属于邻苯二酚类荧光染料，而虎红钠呫盐属于吨类荧光染料，使得这两种荧光物质的
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1.00.80.60.40.20Group1GNRs@R6G
Group2GNRs@RB
400500
600700800900
wavelength(nm)
图12
第1组No.2样品与第2组No.4可见吸收光谱对比图
1.00.80.60.40.20RB
Group2GNRs
400500
600700800900wavelength(nm)
图9
第2组金纳米棒与浓度为0.1%的RB 溶液的
可见吸收光谱对比图
1.00.80.60.40.20GNRs@1ml RB GNRs@0.5ml RB GNRs
400500
600700800900
wavelength(nm)
图10
No.3样品、No.4样品与裸金纳米棒的可见吸收光谱对比图
（a ）（b ）
图11(A)第2组No.3样品TEM 图，(B)第2组No.4样品TEM 图
吸收能级并不相同。

罗丹明6G 分子的吸收能级更易于与金纳米棒表面等离激元共振能级发生能级简并，相比虎红钠盐，罗丹明6G 对金纳米棒横向表面等离激元共振峰值的影响更明显。

3结语
本文利用晶种生长法制备金纳米棒，并对样品进行TEM 测试与可见吸收光谱测试，得出两组金纳米棒样品的长径比分别为3.5与3。

通过分析罗丹明6G 、虎红钠盐及两组金纳米棒的表面电位与可见吸收光谱，发现罗丹明6G 与虎红钠盐均对金纳米棒的横向表面等离激元共振峰值具有明显的提高作用。

在3.5mL 金纳米棒溶液及1mL 荧光物质溶液的实验件下，罗丹明6G 对金纳米棒横向表面等离激元共振峰值的提高作用是虎红钠盐修饰金纳米棒的1.24倍，主要因为罗丹明6G 分子的吸收能级与虎红钠盐相比，更易于与金纳
米棒表面等离激元共振能级发生能级兼并。

本文的研究结果为今后金纳米棒在探测溶液中某些特定有机分子的存在提供了一种有效的方法。

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参考文献
[1]Liong M,Lu J,Kovochich M,et al.Multifunctional inorganic nanoparticles for imaging,targeting,and drug delivery[J].ACS nano.2008,2(5):889-896. [2]Nam S H,Bae Y M,Park Y I,et al.Long-Term Real-Time Tracking of Lanthanide Ion Doped Upconverting Nanoparticles in Living Cells[J].Angewandte Chemie. 2011,123(27):6217-6221.
[3]Michalet X,Pinaud F F,Bentolila L A,et al.Quantum dots for live cells,in vivo imaging,and diagnostics[J]. Science.2005,307(5709):538-544.
[4]Tang Y,Sun G,Cai J,et al.A novel gold nanorod-based spectrographic method for evaluating the curcumin inhibitory action on HepG2cells[J].Analytical Methods. 2013,5(18):4602-4607.
[5]Huang X J,Li C C,Gu B,et al.Controlled molecularly mediated assembly of gold nanooctahedra for a glucose biosensor[J].The Journal of Physical Chemistry C.2008, 112(10):3605-3611.
[6]Jiang Z,Fan Y,Chen M,et al.Resonance scattering spectral detection of trace Hg2+using aptamer-modified nanogold as probe and nanocatalyst[J].Analytical chemistry. 2009,81(13):5439-5445.
[7]Liong M,Lu J,Kovochich M,et al.Multifunctional inorganic nanoparticles for imaging,targeting,and drug delivery[J].ACS nano.2008,2(5):889-896. [8]Almora-Barrios N,Novell-Leruth G,Whiting P,et al. Theoretical description of the role of halides,silver,and surfactants on the structure of gold nanorods[J].Nano letters,2014,14(2):871-875.
[9]Wu H Y,Huang W L,Huang M H.Direct high-yield synthesis of high aspect ratio gold nanorods[J].Crystal Growth&Design.2007,7(4):831-835. [10]Orendorff C J,Murphy C J.Quantitation of metal content in the silver-assisted growth of gold nanorods[J]. The Journal of Physical Chemistry B.2006,110(9): 3990-3994.
[11]Khanal B P,Zubarev E R.Rings of nanorods[J]. Angewandte Chemie International Edition.2007,46(13):
2195-2198.
[12]Liz-Marzán L M.Tailoring surface plasmons through the morphology and assembly of metal nanoparticles[J]. Langmuir,2006,22(1):32-41.
[13]Thomas K G,Barazzouk S,Ipe B I,et al.Uniaxial plasmon coupling through longitudinal self-assembly of gold nanorods[J].The Journal of Physical Chemistry B. 2004,108(35):13066-13068.
[14]Salem A K,Searson P C,Leong K W.Multifunctional nanorods for gene delivery[J].Nature materials.2003,2 (10):668-671.
[15]Nikoobakht B,El-Sayed M A.Preparation and growth mechanism of gold nanorods(NRs)using seed-mediated growth method[J].Chemistry of Materials.2003,15(10): 1957-1962.
[16]Suzuki M,Niidome Y,Terasaki N,et al.Surface-enhanced nonresonance Raman scattering of rhodamine 6G molecules adsorbed on gold nanorod films[J]. Japanese journal of applied physics.2004,43(4B): L554.
[17]Wang B,Wang J H,Liu Q,et al.Rose-bengal-conjugated gold nanorods for in vivo photodynamic and photothermal oral cancer therapies[J].Biomaterials.2014, 35(6):1954-1966.
[18]Pérez-Juste J,Pastoriza-Santos I,Liz-Marzán L M,et al.Gold nanorods:synthesis,characterization and applications[J].Coordination Chemistry Reviews.2005, 249(17):1870-1901.
[19]Yang Y D,Xu J H,Yang L M,et al.Progress in surface modification and functionalization of gold nanorods[J]. Chemical Industry and Engineering Progress.2010,29 (3):389-396.
[20]Ke S L,Kan C X,Mo B,et al.Research Progress on the Optical Properties of Gold Nanorods[J].Acta Physico-Chimica Sinica.2012,28(6):1275-1290.
作者简介
潘颖(1970-)，女，吉林省长春市人，主要从事卵巢癌的基因治疗方面的研究。

39。