一種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損測試測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無損光聲成像技術(shù)結(jié)合了純光學成像高選擇特性和純超聲成像中深穿透特性的優(yōu)點，克服了光散射限制，實現(xiàn)了對活體深層組織的高分辨、高對比度成像。該成像技術(shù)對內(nèi)源物質(zhì)例如脫氧血紅蛋白、含氧血紅蛋白、黑色素、脂質(zhì)等進行成像，提供了活體生物組織結(jié)構(gòu)和功能信息，已經(jīng)在生物醫(yī)學領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，很多與病理過程相關(guān)的特征分子的光吸收能力較弱，在活體環(huán)境中難以被光聲成像系統(tǒng)所識別，從而限制了光聲成像技術(shù)的應(yīng)用范圍。基于功能納米探針的光聲成像極大拓展光聲成像的應(yīng)用范圍，可以在活體層面對病理過程進行分子水平的定性和定量研究，將為實現(xiàn)目標疾病的早期診斷提供強大的技術(shù)支持。為了容易地識別與病理相關(guān)的特征分子，光聲成像急需在低能量激光照射下能產(chǎn)生高強度光聲信號的探針。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有光聲探針光-聲轉(zhuǎn)化效率低、穩(wěn)定性不足的缺陷與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]—種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法，包括如下步驟:
[0006]通過熒光染料和氧化石墨烯之間的相互作用將熒光染料修飾到氧化石墨烯表面，獲得復(fù)合探針，實現(xiàn)復(fù)合探針的光聲信號增強。
[0007]所述的熒光染料優(yōu)選為羅丹明B、Cy5或Cy7，但不限于上述染料。
[0008]所述的熒光染料與氧化石墨烯的質(zhì)量比優(yōu)選為(7?12):100o
[0009]所述的熒光染料具有強吸收，強熒光和弱光聲信號的性質(zhì)；熒光染料通過π-π鍵負載在氧化石墨烯上，由于氧化石墨烯和染料之間發(fā)生了熒光能量共振轉(zhuǎn)移效應(yīng)，染料的熒光被悴滅，導(dǎo)致了光聲信號的增強。
[0010]本發(fā)明的光聲信號增強過程的示意圖如圖1所示。
[0011]本發(fā)明的原理是:光聲信號的能量來源于非輻射能量。所以，復(fù)合探針光聲信號的增強可以通過淬滅探針的熒光，增加探針非輻射能量躍迀幾率或無輻射的量子產(chǎn)率的來實現(xiàn)。增加染料受激電子的非輻射躍迀幾率是增強復(fù)合光聲探針光聲信號的一種有效的手段。
[0012]在本發(fā)明中，我們提出了基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法。該探針由氧化石墨烯和熒光染料構(gòu)成。在此探針中，氧化石墨烯通過熒光能量共振效應(yīng)悴滅負載在氧化石墨烯上的染料，從而實現(xiàn)光聲信號的增強。在熒光能量共振轉(zhuǎn)移效應(yīng)中，供體分子被激發(fā)后，當受體分子與供體分子相距一定距離，且供體和受體的基態(tài)及第一電子激發(fā)態(tài)兩者的振動能級間的能量差相互適應(yīng)時(一般小于10nm)，處于激發(fā)態(tài)的供體將把一部分或全部能量轉(zhuǎn)移給受體，使受體被激發(fā)，在整個能量轉(zhuǎn)移過程中，不涉及光子的發(fā)射和重新吸收。如果受體熒光量子產(chǎn)率為零，則發(fā)生能量轉(zhuǎn)移熒光熄滅。氧化石墨烯作為受體可以有效地淬滅鄰近染料的熒光。負載在氧化石墨烯表面的染料分子可以選擇性地吸收光能量，而氧化石墨烯則通過它和染料之間的熒光能量共振轉(zhuǎn)移效應(yīng)有效地淬滅染料的熒光，使得染料吸收的光能以熱的形式釋放出來，最終實現(xiàn)復(fù)合探針的光聲信號增強。
[0013]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0014]本發(fā)明的方法從光聲信號產(chǎn)生的機理出發(fā)，提出了通過悴滅復(fù)合探針的熒光可以實現(xiàn)光聲信號增強的方法。據(jù)此，我們構(gòu)建了復(fù)合探針并實現(xiàn)了復(fù)合探針光聲信號的增強。該探針由氧化石墨烯和熒光染料構(gòu)成。氧化石墨烯作為基底材料既可用于負載染料(通過
鍵的相互作用)，又可以通過熒光能量共振轉(zhuǎn)移效應(yīng)悴滅負載在其表面的染料的熒光。實驗結(jié)果顯示，在相同條件下，新構(gòu)建的復(fù)合探針產(chǎn)生的光聲信號高于單獨氧化石墨烯和單獨染料產(chǎn)生的光聲信號之和，現(xiàn)實了復(fù)合探針光聲信號的增強?；跓晒獯銣缧?yīng)提尚無福射躍遷幾率將為發(fā)展尚效的光聲探針提供一種有效的方法。
[0015]圖1是本發(fā)明所述的光聲信號增強過程的示意圖。
[0016]圖2是氧化石墨烯(GO)，GO-RhB和RhB，G0_Cy5和Cy5，G0_Cy7和Cy7的熒光光譜與光聲信號強度；其中，圖2A為G0、G0-RhB和RhB的熒光光譜圖；圖2B為G0、G0_Cy5和Cy5的熒光光譜圖；圖2C為G0、G0-Cy7和Cy7的熒光光譜圖；圖2D為在532nm處，RhB, G0和GO-RhB的光聲信號強度；圖2E為在675nm處，Cy5、G0和G0_Cy5的光聲信號強度；圖2F為在753nm處，Cy7、G0和0_Cy7的光聲信號強度；圖2D?F中的虛線表示單獨氧化石墨烯與單獨熒光染料(RhB，Cy5或Cy7)的光聲信號之和。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0018]所述的氧化石墨烯購自南京先豐納米材料科技有限公司；所述的羅丹明B(RhB)購自美國Sigma公司；所述的Cy5和Cy7均購自Bridge b1technologyC0.Ltd (Beijing, China)。
[0019]實施例1
[0020](1)通過染料(在本發(fā)明中以羅丹明B、Cy5、Cy7為例)和氧化石墨烯之間的π - π鍵的相互作用將染料修飾到氧化石墨烯表面。把羅丹明B(RhB)、Cy5、Cy7分別放到氧化石墨烯(G0)的PBS的溶液(所述的PBS的濃度為0.01M，pH = 7.4)中，攪拌兩個小時，經(jīng)過13000rpm離心十分鐘，把游離的染料分子去除，分別形成三種復(fù)合納米材料:G0_RhB，G0-Cy5,G0-Cy7o 最終在 lmL濃度為 224 μ g/mL 的 GO-RhB 溶液中包含了 200 μ g GO 和 24 μ gRhB ο 在 lmL 濃度為 217 μ g/mL 的 G0_Cy5 溶液中包含了 200 μ g GO 和 17 μ g Cy5。在 lmL濃度為214 μ g/mL的G0-Cy7溶液中包含了 200 μ g GO和14 μ g Cy7 ；
[0021](2)為了證明氧化石墨烯可以悴滅負載在其表面的染料的熒光，我們測量了染料和對應(yīng)探針的熒光強度和熒光壽命。用LS-55熒光分光光度計(Perkin-Elmer，USA)研究G0、GO-RhB, G0-Cy5和G0_Cy7的熒光性質(zhì)。在水溶液中，三種染料(RhB，Cy5，Cy7)均可以被激發(fā)而產(chǎn)生強烈的熒光(見圖2A?C)。當染料負載到氧化石墨烯上，形成復(fù)合探針之后，染料的熒光強度急劇下降。說明氧化石墨烯可以淬滅負載在其表面的染料的熒光；
[0022](3)為了驗證染料的熒光被悴滅后可以導(dǎo)致復(fù)合探針光聲信號的增強，利用光聲顯微成像系統(tǒng)測量了 GO、RhB、Cy5、Cy7、GO-RhB、G0_Cy5和G0_Cy7的光聲信號強度(見圖2D?F)。在光聲信號測量實驗中，單獨的氧化石墨烯和染料的質(zhì)量濃度分別等于復(fù)合探針納米粒子水溶液中所包含氧化石墨烯和染料的質(zhì)量濃度。在相同的實驗參數(shù)下，復(fù)合探針的光聲信號強度高于單獨的氧化石墨烯和染料的光聲信號強度，甚至比單獨氧化石墨烯和染料溶液產(chǎn)生的光聲信號強度之和還高。復(fù)合探針溶液產(chǎn)生的光聲信號強度分別比氧化石墨烯和各個染料(RhB，Cy5，Cy7)產(chǎn)生的光聲信號強度之和高25.3%，24.3%和23.7%。染料熒光的悴滅使得吸收的光能量以無輻射躍迀退激發(fā)。原本以熒光形式釋放的能量轉(zhuǎn)化成了光聲信號，從而實現(xiàn)了復(fù)合探針光聲信號的增強。
[0023]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法，其特征在于包括如下步驟: 通過熒光染料和氧化石墨烯之間的相互作用將熒光染料修飾到氧化石墨烯表面，獲得復(fù)合探針，實現(xiàn)復(fù)合探針的光聲信號增強。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法，其特征在于:所述的熒光染料為羅丹明B、Cy5或Cy7。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法，其特征在于:所述的熒光染料與氧化石墨烯的質(zhì)量比為(7?12):100o
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于熒光淬滅效應(yīng)實現(xiàn)復(fù)合探針光聲信號增強的方法，屬于無損測試測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法從光聲信號產(chǎn)生的機理出發(fā)，提出了通過焠滅復(fù)合探針的熒光可以實現(xiàn)光聲信號增強的方法。據(jù)此，構(gòu)建了復(fù)合探針并實現(xiàn)了復(fù)合探針光聲信號的增強。該探針由氧化石墨烯和熒光染料構(gòu)成。氧化石墨烯作為基底材料既可用于負載染料，又可以通過熒光能量共振轉(zhuǎn)移效應(yīng)焠滅負載在其表面的染料的熒光。實驗結(jié)果顯示，在相同條件下，新構(gòu)建的復(fù)合探針產(chǎn)生的光聲信號高于單獨氧化石墨烯和單獨染料產(chǎn)生的光聲信號之和，現(xiàn)實了復(fù)合探針光聲信號的增強。基于熒光淬滅效應(yīng)提高無輻射躍遷幾率將為發(fā)展高效的光聲探針提供一種有效的方法。
【IPC分類】A61B5/00
【公開號】CN105286803
【申請?zhí)枴緾N201510884853
【發(fā)明人】覃歡, 楊思華, 邢達
【申請人】華南師范大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月3日