金纳米颗粒联合JC-1菁染料的光谱电化学过程研究：线粒体膜电位指示剂的EC-SERS理论与应用

本文首次采用电化学表面增强拉曼光谱（EC-SERS）技术，结合密度泛函理论（DFT）建模，实时监测JC-1菁染料在金纳米颗粒（AuNPs）存在下的电位依赖性结构变化。研究揭示了JC-1单体与J-聚集体形成的分子机制，为线粒体膜电位（Δψm）检测提供了新方法，拓展了EC-SERS在生物荧光探针和分子光电子学中的应用前景。

　　

亮点

JC-1染料与金纳米颗粒的相互作用首次通过EC-SERS技术实现动态追踪，揭示了电位驱动的分子重排与聚集体形成机制，为活细胞线粒体功能研究提供了新型光谱工具箱。

材料

实验采用高纯度试剂：氯化钠（NaCl）、磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）、四氯金酸（HAuCl₄·3H₂O）等购自默克公司，JC-1染料（≥97%）溶解于Milli-Q超纯水配置5μM工作液。

SERS基底选择

针对JC-1低浓度检测需求，研究对比了金膜与金纳米颗粒（AuNPs）的增强效果。实验证实AuNPs修饰的丝网印刷电极在532nm激光激发下，通过局域表面等离子体共振（LSPR）效应使信号增强10⁶倍，成功捕获染料分子在电极表面的取向变化。

结论

EC-SERS技术可灵敏检测JC-1从单体到J-聚集体的构象转变，特征峰位移（如1610cm^-1处苯环伸缩振动）反映了分子间π-π堆叠作用。该发现为开发新型电位响应型生物传感器奠定了理论基础。