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基于长余辉纳米颗粒的“时间分辨”指纹成像

指纹由于其专一性和不变性被用作个人身份认证的最有效特征之一,在刑事侦查、权限控制和医疗诊断等方面得到了广泛应用。手指接触物体表面后留下的指纹通常是不可见的,称为潜指纹。目前研究者已经开发了多种方法用于检测潜指纹,例如光致发光方法、显色法、质谱法、拉曼光谱法等。其中,光致发光方法具有灵敏度高、操作简单、适用于现场检测等独特优势,在指纹检测中具有广阔应用前景。但目前光致发光方法还面临一些需要解决的问题,其中一个最重要的问题就是基底背景荧光干扰。背景荧光干扰会严重影响指纹成像的灵敏度和分辨率,开发能避免背景荧光的指纹检测方法是研究者广泛关注的问题。


武汉大学袁荃教授(点击查看介绍)团队合成了一种长余辉纳米材料,并基于该材料设计“时间分辨”成像方法有效消除了指纹检测中的背景荧光干扰。长余辉材料可以在激发光源关闭后持续发光,而背景荧光的寿命通常在ns级别,因此在背景荧光衰减完后再收集余辉发光信号就可以完全消除背景荧光干扰。袁荃教授团队通过水热法直接合成了一种Zn2GeO4:Ga,Mn(ZGO:Ga,Mn)长余辉纳米颗粒,ZGO:Ga,Mn具有明亮的绿色余辉发光,而且余辉可以持续20分钟以上。表面修饰羧基的ZGO:Ga,Mn长余辉纳米颗粒通过与指纹中含有氨基的物质反应形成酰胺键与指纹结合,在激发光源关闭后,基底背景荧光迅速消失而ZGO:Ga,Mn纳米颗粒持续发光,因此可以得到清晰的指纹图像。这种基于长余辉纳米颗粒的“时间分辨”成像方法有效提高了指纹检测的灵敏度和分辨率,而且操作非常简单。指纹除了物理纹路特征以外,还含有大量的蛋白质、氨基酸、氯离子等物质。糖基化蛋白是指纹中广泛存在的一种蛋白质,与癌症等多种疾病相关。袁荃教授团队在ZGO:Ga,Mn纳米颗粒表面修饰刀豆蛋白A实现了指纹中糖基化蛋白的检测。

图1. 基于ZGO:Ga,Mn长余辉纳米颗粒的“时间分辨”指纹成像原理示意图。


袁荃教授团队基于长余辉纳米颗粒设计的“时间分辨”成像方法有效消除了指纹检测中的背景荧光干扰,为无背景成像方法的设计提供了新的思路。该成像方法不仅可以获取指纹纹路等物理信息,还可以获取指纹中与特定物质相关的生物和化学信息,有望在未来刑事侦查和医疗诊断等领域得到更进一步的应用。

图2. “时间分辨”指纹成像方法消除背景荧光干扰。(a)激发光照射下基底有蓝色背景荧光,激发光关闭后背景荧光消失而ZGO:Ga,Mn纳米颗粒持续发光,由此得到清晰的指纹图像;(b)激发光照射下基底有红色背景荧光,激发光关闭后背景荧光消失而ZGO:Ga,Mn纳米颗粒持续发光,由此得到清晰的指纹图像;(c)指纹的细节特征。


该工作发表在Analytical Chemistry 上,并被美国化学会周刊《化学与工程新闻》(C&EN)专题报道[1]


该论文作者为:Jie Wang, Qinqin Ma, Haoyang Liu, Yingqian Wang, Haijing Shen, Xiaoxia Hu, Chao Ma, Quan Yuan* , Weihong Tan

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Time-Gated Imaging of Latent Fingerprints and Specific Visualization of Protein Secretions via Molecular Recognition

Anal. Chem., 2017, 89, 12764-12770, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03003


导师介绍

袁荃

http://www.x-mol.com/university/faculty/13606


参考资料:

1. http://cen.acs.org/articles/95/web/2017/12/Luminescent-nanoparticles-leave-glowing-fingerprint.html


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