手性等离激元纳米晶制备技术的研究进展

生命体中大部分生物分子都具有手性。生物分子的手性构象与等离激元纳米晶的局域表面等离激元共振(LSPR)通过偶极子-偶极子耦合作用,在其LSPR的位置会诱导出一个新的圆二色吸收光谱,具有这种光学活性的等离激元纳米晶称为手性等离激元纳米晶。手性等离激元纳米晶的光学响应信号的稳定性和可重复性都比较高,广泛应用在生物传感、化学传感、圆偏振器、光催化、癌症治疗等领域。手性等离激元纳米晶的制备技术一直是该领域的研究热点。然而,通过将手性分子直接吸附在等离激元纳米晶表面的方式所诱导的手性光学响应信号非常弱,故本综述聚焦于手性等离激元纳米晶的其他制备技术,包括通过手性分子或者软模板组装技术获得手性等离激元超结构;湿化学法将手性分子嵌入到单个纳米晶当中制备出核-壳型手性等离激元纳米晶,或者将手性分子的手性构象传递到无机纳米材料的结构当中制备出单个螺旋型手性等离激元纳米晶等。基于目前对手性等离激元纳米晶的最新研究进展,对其纳米制备技术作了进一步的总结和展望。     

主链型手性液晶弹性体（特邀）

主链型手性液晶弹性体是一类具有周期性纳米结构的软光子晶体,包括一维胆甾相液晶弹性体和三维蓝相液晶弹性体,不仅可以选择性反射圆偏振光,还能够灵敏地响应外界环境的变化,在自适应光学、变色伪装、信息加密和智能隐身等领域有着广泛的应用前景。随着新型材料体系和先进制备技术的发展,研究人员近年来提出了多种不同的策略,设计和制备具有手性纳米超结构的液晶弹性体,并深入研究了手性液晶弹性体的性能及潜在应用。本文系统综述了主链型手性液晶弹性体的设计、制备和应用进展,重点介绍了一维胆甾相液晶弹性体的平行取向法、各向异性挥发法、刮涂法、3D打印,以及无需额外取向的蓝相液晶弹性体三维纳米自组装方法,并总结讨论了主链型手性液晶弹性体存在的挑战以及未来发展方向。     

一种制备金纳米粒子的新方法

报道了一种温和的、低成本、有效制备高纯度单分散金纳米粒子的新方法.采用种子生长法,在表面活性剂十八烷基苄基二甲基氯化铵(BDAC)体系下液相合成金纳米粒子.通过改变实验中反应温度和反应时间等条件,制备了粒径为25-50nm的金纳米粒子,运用透射电子显微镜(TEM)对纳米粒子的形貌进行分析,利用紫外可见光谱(UV-Vis)对产物进行光谱表征,并讨论了金纳米粒子的形成机制.结果表明,金纳米粒子的粒径随反应温度的升高及反应时间的加长有增大的趋势.     

氧化锌纳米晶体的光谱分析

采用沉淀法并通过控制前驱体的煅烧温度来制备粒径不同的氧化锌(ZnO)纳米晶体,对粒子的透射电镜照片进行分析,结果表明,制备出的纳米粒子分散性好、形貌一致、粒径分布集中。样品的X射线衍射光谱分析表明,随着前驱体煅烧温度增加,晶体粒径增大、结晶度提高;样品的紫外-可见吸收光谱的峰位随粒径减小而发生蓝移,这一实验结果表明ZnO纳米晶体呈现出较明显的量子限域效应;红外吸收光谱测量结果表明,用沉淀法制备的ZnO纳米晶体的表面会吸附一小部分残余的离子,对红外吸收光谱中的ZnO特征振动峰随粒径减小发生宽化和红移的现象进行了理论分析;光致发光光谱测量结果表明,ZnO纳米晶体在紫外区(360 nm)存在一较弱的发光峰,而在可见区(468 nm)存在一较强的发光峰,与理论计算结果进行比较后,认为锌空位点缺陷是导致ZnO纳米晶体可见区发光的主要原因。     

基于氮掺杂碳点与β-环糊精复合材料对色氨酸手性光谱研究

在化学、生物学中识别手性氨基酸成为众多科研工作者的目标。利用具有荧光的氮掺杂碳点与β-环糊精复合材料利用多种光谱法对色氨酸的手性进行研究。实验结果表明,氮掺杂的碳点与β-环糊精复合材料对色氨酸具有很好的手性识别能力,能将两者区分开。利用紫外、圆二色光谱法和荧光寿命法研究了对于D型与L型色氨酸的区分。基于以上研究成果,我们发现,氮掺杂的碳点与β-环糊精复合材料能够识别手性的色氨酸分子,这个方法也为今后利用纳米结构复合材料识别手性氨基酸提供了分析方法。     

静电纺丝法制备聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维及其SERS特性

利用静电纺丝技术制备了一种聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维的表面增强拉曼光谱基底。通过调节聚丙烯腈溶液的浓度可得到不同直径、不同厚度的纤维薄膜,将聚丙烯腈的N,N-二甲基甲酰胺溶液与硝酸银溶液混合得到聚丙烯腈/Ag种子溶液,然后利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈/Ag种子/AgNO₃复合纳米纤维;加入AgNO₃并利用水合肼二次还原后可制备适合拉曼检测的聚丙烯腈/Ag纳米粒子复合纤维膜,聚合物纤维表面和内部的金属纳米粒子的密度可调节。通过调节不同的纳米粒子的密集程度,可构筑出具有较高的电磁场增强效果的特殊的“热”结构(高局域强电磁场的亚波长区域)。而聚合物纤维内部的银纳米粒子可通过溶胀作用吸附更多的探针分子,提高拉曼检测的灵敏度。该基底有很好的SERS信号,并且可大规模制备。     

苯硫酚吸附在新型Ag-Au合金纳米粒子上的表面增强拉曼光谱研究

以柠檬酸钠同时还原制备的Ag-Au合金纳米粒子为种子,用盐酸羟胺进一步使其生长得到粒径为40～60 nm的新型Ag-Au合金纳米粒子,采用UV-Vis光谱和TEM对纳米种子和再生长后的纳米粒子分别进行表征。两种粒子的UV-Vis光谱均只观察到一个等离子体共振峰,其频率随金的摩尔分数(x_Au)增加而红移,且TEM图像表明这两种粒子的颜色均一,因此判断这两种粒子均为合金结构。以苯硫酚为探针分子,研究了该新型合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS),结果表明吸附了苯硫酚的合金纳米粒子的紫外最大吸收峰红移,并在近红外区出现聚集体的吸收峰。在632.8 nm波长激发下,由于表面等离子体共振效应Au上的SERS信号最强,而合金纳米粒子上的SERS信号随x_Au增大而增强。     

荧光成像及手性特异性生物识别

癌症是威胁人类健康的重大疾病之一,实现早查早治是降低癌症死亡率的重要手段。目前在癌症的众多识别方式中,荧光检测凭借无创伤、检测快和可视化等优点受到了持续关注。文章对荧光探针靶向识别肿瘤的研究新进展进行了综述;对赋予荧光探针靶向性的叶酸(FA)和叶酸受体(FR)介导研究进展进行了介绍和深入分析。叶酸受体是癌细胞表面过量表达的特有物质,利用叶酸和叶酸受体特异性结合的特点,叶酸对荧光探针分子进行修饰可赋予荧光探针识别癌细胞的靶向性。叶酸受体有4种亚型（FRα,FRβ,FRγ和FRδ）,前两者FRα和FRβ因分别在癌细胞和炎症巨噬细胞表面过量表达而备受关注,FRα和FRβ约有70%的同源性,两者均具有能与叶酸结合的特性,造成了荧光探针分子在生物识别过程中难以区分癌细胞和炎症巨噬细胞的弱势;针对叶酸修饰荧光探针难以区分叶酸受体亚型造成癌细胞和炎症巨噬细胞混淆问题的结构性缺陷,分析了两种叶酸受体亚型结构具有的手性区别特征：FRα和FRβ主要区别位于三个末端未翻译区,有三种不同手性特征的氨基酸形成一个用来包结叶酸分子的三角空腔,分别固定在氨基酸堆积体节点上的三种氨基酸形成了不同手性特性的区域性“手性空间”。FRα和FRβ本身的结构对不同的配体表现出立体差异性。讨论了基于叶酸受体亚型存在的“手性空间”差异性,构建叶酸受体亚型荧光及手性识别探针的可能性;有望借助光谱成像,通过手性荧光探针分子对氨基酸的识别区分叶酸受体两种亚型,实现可视化区分肿瘤细胞和炎症巨噬细胞的识别难题,进而提高癌细胞识别的准确性;文章介绍了手性荧光探针识别氨基酸原理及结构优化设计进展;近年来手性量子点对氨基酸不同对映体的研究备受关注。对无机手性量子点手性产生的本质特征和氨基酸对映体的识别特性进行了总结分析。最后对荧光探针及手性识别领域进行了展望。     

银溶胶掺杂调控光子晶体结构色及反射率

本文将不同含量的银纳米粒子(Ag NPs)掺杂到不同粒径的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)胶球乳液(P(St-MMA-AA)乳液)中,利用蒸发诱导自组装方法制备带有结构色的Ag NPs/P(St-MMA-AA)光子晶体材料.实验结果表明,银纳米粒子及其表面活性剂的含量与光子晶体结构色的亮度和反射光谱峰的强度密切相关...     

层状手性拓扑磁材料Cr_(1/3)NbS_2的磁学特性

伴随着拓扑材料的出现,拓扑物理学成为了当代凝聚态物理的前沿与热点之一.拓扑特性是描述材料的物理量在连续变换下会保持不变的性质(如陈数Chern number),种类包括拓扑绝缘体、外尔和狄拉克等拓扑半金属、拓扑磁材料等.一维手性磁孤子(chiral magnetic solitons),类似于磁性斯格明子(skyrmions),是一类具有拓扑性和准粒子性的磁结构,具有丰富的物理特性和潜在应用价值.本文详细总结了一种具有一维手性磁孤子结构的晶体Cr_(1/3)NbS_2,包括其晶体构型、磁相互作用、磁结构、维度调控以及相变物理等物理特性.希望本综述能为研究拓扑磁材料的科研人员提供详实的参考,为将拓扑和手性磁性引入到二维层状材料家族提供研究思路,促进拓扑磁电子学的发展,为相关器件提供更多的材料选择和理论基础.     

基于功能化的金纳米的共振瑞利散射方法手性识别肉碱对映体（英文）

一种不经分离而同时测定手性对映体的简便方案是非常有趣和有用的。提出一种基于共振瑞利散射(RRS)光谱技术手性识别新方法,利用功能化的金纳米粒子(Au NPs)同时检测肉碱对映体。AuNPs的RRS强度很弱,但当Cu~(2+)存在时,RRS强度显著增加。更有趣的是,肉碱对映体均可以降低Cu~(2+)-Au NPs体系的RRS强度,但D-肉碱使RRS降低更多。在最优实验条件下,均有良好的线性关系并有很好的相关系数以及较低的检出限。由此,这种方法可以计算出肉碱对映体的对映体比率和对映体分数。并应用于胶囊样品中肉碱对映体混合物手性识别的研究。该方法不需要复杂的手性修饰处理,并具有简捷低消耗、灵敏度高、选择性好等优点。     

基于功能化的金纳米的共振瑞利散射方法手性识别肉碱对映体

一种不经分离而同时测定手性对映体的简便方案是非常有趣和有用的.提出一种基于共振瑞利散射(RRS)光谱技术手性识别新方法,利用功能化的金纳米粒子(Au NPs)同时检测肉碱对映体.Au NPs的RRS强度很弱,但当Cu2+存在时,RRS强度显著增加.更有趣的是,肉碱对映体均可以降低Cu2+-Au NPs体系的RRS强度,但D-肉碱使RRS降低更多.在最优实验条件下,均有良好的线性关系并有很好的相关系数以及较低的检出限.由此,这种方法可以计算出肉碱对映体的对映体比率和对映体分数.并应用于胶囊样品中肉碱对映体混合物手性识别的研究.该方法不需要复杂的手性修饰处理,并具有简捷低消耗、灵敏度高、选择性好等优点.     

不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

不同形状的金纳米粒子在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)中有不同的增强效果,多面体金纳米粒子具有多角结构,显示出比金纳米板更为明显的增强效果,近年来对其合成和性质的研究备受关注。该研究探究了十二面体,二十面体,三角板,球形四种形状的金纳米粒子在SERS中不同的增强效果。分别采用硼氢化钠还原法和以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂制备金三角纳米片和二十面体金纳米粒子,又以二十面体金纳米粒子为种子制备出十二面体金纳米粒子,并分别以以上三种不同形貌的金纳米粒子及球形金溶胶为基底,4-巯基吡啶,对巯基苯甲酸为探针分子检测了其在不同激发波长下的增强效果。透射电子显微镜结果表明金三角纳米板的平均边长为130nm,二十面体和十二面体金纳米粒子的粒径分别为100和120nm。三者的紫外可见吸收峰分别在589,598和544nm处。表面增强拉曼散射结果表明金多面体比金三角纳米板表现出更好的增强效果。     

不同粒径、超均匀球形金纳米粒子合成及其表面增强拉曼散射效应研究

以氯金酸为原料,抗坏血酸为还原剂,柠檬酸钠为保护剂,用化学还原(种子生长)法制备了不同粒径、超均匀的球形金纳米粒子溶胶,并通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。结果表明,随着金纳米粒子粒径的增大,其UV-Vis光谱中的吸收峰发生红移并出现四极峰。为进一步研究金纳米粒子表面增强拉曼散射(SERS)效应的作用机理并优化其灵敏度,我们以罗丹明6G(R6G)为探针分子,对不同粒径的金纳米粒子进行SERS表征,发现R6G的SERS信号随着金纳米粒子的增大先增强后减弱。当金纳米粒子的平均粒径达到120 nm时,产生最强SERS信号增强,增强因子约为1.1×107。三维时域有限差分法(3D-FDTD)理论模拟纳米粒子阵列电磁场分布结果与实验数据的趋势一致。     

Zno纳米粒子在PS中空微反应器中的合成与光学性能

通过种子乳液聚合合成核壳结构的聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯乙烯(PMMA/PS)复合微球,通过酸碱溶胀法进一步制备出次微米级的PS中空微球. 将此中空微球作为微反应器,使在ZnO纳米粒子前驱体溶液中溶胀, 最终ZnO纳米粒子在PS中空微球中原位生成. 实验表明, 组成ZnO纳米粒子前驱体溶液的两种组 分(CH₃COO)₂Zn和LiOH的滴加顺序不同对最终生成的ZnO纳米粒子的尺寸和负载效率有很大的影响,但并不改变ZnO纳米粒子的晶型. 复合物的光致发光和UV-Vis吸     

金纳米粒子聚集体系的制备及其SERS效应表征

以Na2S作为金纳米粒子的还原制备与聚集剂制备了金纳米粒子聚集体系。在制备过程中通过紫外可见光谱对制备条件进行了优化。TEM表征显示聚集体系中的金纳米粒子均为球形,且聚集状态呈现出较好的均匀性。将这一聚集体系作为SERS基底应用于若干氨基酸分子的SERS光谱表征与分析。初步的研究表明Na2S-金纳米粒子聚集体系可有效地应用于生物分子的SERS光谱表征与分析。     

基于金纳米棒组装的半胱氨基酸分子同手性识别

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.     

无质量手性狄拉克费米子的克莱因隧穿

无质量手性粒子在势垒中的隧穿被研究.粒子在势垒中的透射概率被详细计算,手性粒子在势垒中的运动特征也被阐明.本文用简单的物理观点来解释克莱因隧穿,这对深入理解量子力学中势垒隧穿十分有益.     

纳米催化制备金纳米粒子及其光谱特性

L-半胱氨酸具有还原氯金酸诱导合成金纳米带(AuNBs)的作用,但制备所需时间较长。本文研究了50℃水浴下条件下,用纳米金(AuNPs)等纳米粒子催化制备金纳米粒子,可以缩短反应时间至3~5min。并对新制成的金纳米粒子(Au/AuNPs)的吸收光谱,共振瑞利散射(RRS)光谱和表面增强拉曼(SERS)光谱进行了研究。     

手性负折射率材料的最新进展

阐述了手性负折射率现象的产生机制;总结了近几年国内外手性负折射率材料在仿真模拟和实验制备方面的研究进展;分析了手性负折射率材料的旋光性、手性参数、损耗等;介绍了手性负折射率材料在各个领域的应用。分析认为,探索手性负折射率材料的新机制、新方法和新材料,从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。