基于金纳米棒组装的半胱氨基酸分子同手性识别

摘要:本文通过半胱氨酸分子诱导金纳米棒自组装形成一维线性链状结构,利用停留装置观察了不同手性的半胱氨酸分子（L/D-半胱氨酸）诱导金纳米棒自组装的动力学过程。通过调控CTAB浓度,首次发现在组装速率很快的情况下,L-半胱氨酸分子诱导金纳米棒自组装的组装速率慢于D-半胱氨酸分子。而在组装速率较慢的情况下,这种情况不存在。通过分析揭示了为什么在慢速动力学和快速动力学会出现这种差异。并对在快速动力学下不同手性分子在诱导纳米颗粒组装上不同动力学行为作出讨论。这一工作可能为进一步解释生命的单一手性现象提供线索。     

基于Logistic函数模型的纳米自组装动力学分析

利用快速混合停流吸收(stopped-flow absorption)技术,研究了半胱氨酸分子介导的金纳米棒线性自组装过程的动力学性质.通过观测金纳米棒的表面等离激元动态吸收光谱,分析其自组装动力学行为及其与组装结构之间的关系.研究表明,传统的二阶反应动力学理论模型在描述金纳米棒自组装动力学行为上存在明显的局限性.由此,我们提出了基于Logistic函数的新的动力学分析模型.与传统的理论模型相比,新的理论模型具有更好的普适性,不仅适用于定量分析不同速率的金纳米棒自组装动力学特征,还提供了一种更加准确地描述组装初期动力学行为的方法.此外,这种新的动力学分析方法还有助于理解和建立金纳米棒组装动力学特征与组装体结构之间的关联.     

金纳米棒二聚体结构的Fano共振

等离激元金属纳米结构中的Fano共振，由于其在超灵敏传感、超材料、光开关和非线性光学器件等方面的潜在应用而引起了广泛的关注。但在单颗粒尺度下单个金属纳米二聚体结构的Fano共振的实验研究仍然很少。本研究基于单颗粒光谱技术从实验上探讨了二聚体结构产生的Fano共振现象。利用种子生长法制备了等离激元共振峰分别在1 060 nm和700 nm的一长一短金纳米棒，通过L-半胱氨酸分子的静电吸附自组装构建首尾相连的金纳米棒二聚体结构，在暗场显微系统中表征了金纳米棒二聚体耦合前后的散射光谱。结果表明，短金纳米棒的明偶极模式与长金纳米棒的暗四极模式间的相消干涉在660 nm处产生了明显的Fano共振谷，同时基于有限差分时域（FDTD）方法的理论模拟散射光谱与实验结果能够较好地符合。这种自组装金纳米棒二聚体在等离激元传感和探测等方面具有广阔的应用前景。     

半胱氨酸修饰金纳米棒光学性质的研究

采用种子生长法制备了不同长径比的金纳米棒,并通过金硫键的结合在其表面包覆半胱氨酸分子。利用紫外-可见吸收光谱仪,扫描电子显微镜以及拉曼光谱仪等对样品进行分析和表征。实验结果表明金纳米棒产率较高,且一致性较好。表面修饰后的金纳米棒的纵向吸收峰发生蓝移,表明半胱氨酸分子与金纳米棒的结合有助于溶液分散性的提升。以结晶紫为探针分子,随着金纳米棒长径比的增加其拉曼增强效果变强。进一步分析发现,修饰后的金纳米棒的表面增强拉曼光谱的增强效果并未受到影响。通过金纳米棒与半胱氨酸分子牢固的结合,一方面可以提高金纳米棒溶液的分散性与稳定性;另一方面半胱氨酸分子可为金纳米棒修饰其它有机官能团提供了一个牢固的桥梁,有效地拓展了金纳米棒的应用方向。     

CdTe纳米棒的合成和性质

用半胱氨酸和巯基乙酸的混合配体作为修饰剂制备了高发光水溶性CdTe纳米棒,同时研究了CdTe纳米棒与高半胱氨酸,酪氨酸,脯氨酸,半胱氨酸,胱氨酸等5种氨基酸之间的相互作用,实验发现CdTe纳米棒纵横比和光致发光可以由回流时间来控制.     

GSH诱导的金纳米棒自组装及汞离子检测

提出了一种基于金纳米棒自组装的促进和抑制检测汞离子的方法.在合适的实验条件下,当金纳米棒胶体溶液中加入还原性谷胱甘肽(GSH)时,金纳米棒因Au-S键的形成,通过氢键和静电相互作用发生头对头(End to End)的自组装.当以上体系中加入汞离子时,这种头对头的自组装会被打破,金纳米棒重新呈分散状态.这种方法的最低检测限为1nmol/L,检测范围为1nmol/L-100μmol/L.该汞离子检测方法特异性强、灵敏度高且检测的浓度范围比较大,有望广泛用于水环境中汞离子的检测.     

金纳米棒的飞秒激光组装研究

金属纳米粒子对于研究表面等离子体共振具有非常重要的意义,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能.本文通过飞秒激光加工对金纳米棒直接进行组装,不引入其它的修饰剂,过程简单、快速(约1 min),不仅保留了金纳米棒表面等离子特性,且可以实现金纳米棒的任意精细图案化.将组装的微纳结构用于微流控芯片表面增强拉曼散射探测,可以得到很好的增强效果,为等离子体器件的制备提供了新的方法.     

功能纳米材料的可控制备及性能研究

功能纳米材料以其独特的结构和优异的性能在催化、能源、传感等领域具有广泛的应用前景.通过控制其制备和组装过程,可以有效地调节其性能.文章介绍了作者所在实验室在新型纳米材料合成方面的研究进展,深入探索了纳米晶体、生物络合高分子和生物分子-无机杂化纳米结构的可控性制备过程,对金属-半胱氨酸生物络合高分子的自组装与超结构手性进行了系统的研究和探讨.另外,文章作者还发现了无机杂化纳米结构的可逆光开关荧光效应,该效应在光信息记录方面具有潜在的应用价值.     

半刚性高分子链螺旋结构诱导纳米棒的有序结构

在自然界中, 螺旋结构广泛存在. 在熵的驱动下, 高分子链能在某些特殊情形下形成螺旋结构. 采用分子动力学方法研究了高分子链诱导纳米棒的自组装行为, 发现纳米棒/高分子链体系的构象与纳米棒的数量、高分子链的刚性等密切相关. 当纳米棒与高分子链之间存在适度吸附能时, 纳米棒能够形成三种完全不同的构象, 特别是在半刚性高分子链诱导下纳米棒能够形成线型排列. 研究结果对新型材料制备具有一定指导意义.     

基于香蕉形液晶分子自组装的纳米螺旋丝有机凝胶及其流变特性

在香蕉形液晶分子B4相态中,非手性香蕉形液晶分子自组装形成层状结构,分子在层内倾斜,形成层手性和自发极化,并且造成层内不匹配,最终形成纳米螺旋丝.本文设计了NOBOW/十六烷混合体系,在高温时,香蕉形液晶分子溶解于十六烷,在低温时,香蕉形液晶分子自组装形成纳米螺旋丝,并最终形成三维网络,变成有机凝胶.为深入理解纳米螺旋丝有机凝胶的特性,拓展其在软物质领域的应用,本文通过流变实验对该有机凝胶的黏弹性质进行了系统研究.实验表明纳米螺旋丝有机凝胶与传统凝胶不同,纳米螺旋丝有机凝胶可以随温度变化形成凝胶-流体的可逆变化,并且通过测量NOBOW/十六烷混合体系在不同液晶分子浓度、温度、应变大小和应变速率下的流变特征,揭示了该有机凝胶的流变特性与纳米螺旋丝的性质密切相关.