表面增強紅外光譜在生物分析中的應用

要 表面增強紅外光譜可以在單分子水平上原位監測界面吸附分子的振動變化，提供定向和構象的信息，因而備受關注。本文簡單介紹了表面增強紅外光譜產生、增強機制、基底制備方法、特點，重點評述了表面增強紅外光譜在原位解析復雜的生物界面過程和結構變化方面的進展，并展望其發展前景。

關鍵詞 表面增強紅外光譜； 單分子層； 界面； 生物分析； 綜述

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

引 言

近年來，因生物醫用材料、生物傳感器、生物燃料電池的快速發展，許多與生物體系相關的表面和界面問題引起了人們的廣泛關注\\[1，2\\]。因相關技術的應用開發都會涉及到將生物分子（蛋白質、DNA等）固定于特定的基底表面（如電極）而實現特定的生物學功能\\[3\\]。因此，生物大分子在界面的固定和結構功能研究備受關注。盡管許多常用技術，如電化學、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，但是不能給出結構變化的信息。基于表面增強拉曼光譜（Surfaceenhanced raman scattering， SERS）的研究雖然可以提供結構信息，但是受共振條件的限制，只能給出生物大分子生色團結構變化的信息。而紅外光譜可以提供整個生物大分子的振動情況，得到生物分子在生理狀態下結構變化的信息，且紅外光對生物樣品沒有損傷，是研究生物分子結構變化和揭示生命現象本質的重要手段之一\\[4\\]。但是，傳統的紅外光譜檢測到的是多層生物分子的結構信息，很難得到單層分子的紅外振動變化。

表面增強紅外光譜 （Surfaceenhanced infrared absorption spectroscopy， SEIRAS）的出現為監測界面單層生物分子的結構變化提供了可能。當分子吸附于粗糙貴金屬表面上時，其分子的紅外吸收強度增強10～1000倍以上。SEIRAS方法靈敏，能夠檢測到紅外吸收的變化在10