表面增強(qiáng)紅外光譜在生物分析中的應(yīng)用

要 表面增強(qiáng)紅外光譜可以在單分子水平上原位監(jiān)測(cè)界面吸附分子的振動(dòng)變化，提供定向和構(gòu)象的信息，因而備受關(guān)注。本文簡單介紹了表面增強(qiáng)紅外光譜產(chǎn)生、增強(qiáng)機(jī)制、基底制備方法、特點(diǎn)，重點(diǎn)評(píng)述了表面增強(qiáng)紅外光譜在原位解析復(fù)雜的生物界面過程和結(jié)構(gòu)變化方面的進(jìn)展，并展望其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 表面增強(qiáng)紅外光譜； 單分子層； 界面； 生物分析； 綜述

本文系國家自然科學(xué)青年基金（No.21105097），吉林省青年基金（No.201101081） ， 中國科學(xué)院院長基金和中國博士后科學(xué)基金（No.20100471274） 資助項(xiàng)目

引 言

近年來，因生物醫(yī)用材料、生物傳感器、生物燃料電池的快速發(fā)展，許多與生物體系相關(guān)的表面和界面問題引起了人們的廣泛關(guān)注\\[1，2\\]。因相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)都會(huì)涉及到將生物分子（蛋白質(zhì)、DNA等）固定于特定的基底表面（如電極）而實(shí)現(xiàn)特定的生物學(xué)功能\\[3\\]。因此，生物大分子在界面的固定和結(jié)構(gòu)功能研究備受關(guān)注。盡管許多常用技術(shù)，如電化學(xué)、表面等離子體共振（SPR）、石英晶體微天平（QCM）被用于研究界面生物大分子的特性，但是不能給出結(jié)構(gòu)變化的信息?；诒砻嬖鰪?qiáng)拉曼光譜（Surfaceenhanced raman scattering， SERS）的研究雖然可以提供結(jié)構(gòu)信息，但是受共振條件的限制，只能給出生物大分子生色團(tuán)結(jié)構(gòu)變化的信息。而紅外光譜可以提供整個(gè)生物大分子的振動(dòng)情況，得到生物分子在生理狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變化的信息，且紅外光對(duì)生物樣品沒有損傷，是研究生物分子結(jié)構(gòu)變化和揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)的重要手段之一\\[4\\]。但是，傳統(tǒng)的紅外光譜檢測(cè)到的是多層生物分子的結(jié)構(gòu)信息，很難得到單層分子的紅外振動(dòng)變化。

表面增強(qiáng)紅外光譜 （Surfaceenhanced infrared absorption spectroscopy， SEIRAS）的出現(xiàn)為監(jiān)測(cè)界面單層生物分子的結(jié)構(gòu)變化提供了可能。當(dāng)分子吸附于粗糙貴金屬表面上時(shí)，其分子的紅外吸收強(qiáng)度增強(qiáng)10～1000倍以上。SEIRAS方法靈敏，能夠檢測(cè)到紅外吸收的變化在10