单壁碳纳米管束针尖增强近场拉曼光谱探测实验研究

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置,并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100 nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱,进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱,实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现,针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明,同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。     

基于光热效应实现金纳米粒子的聚集及其SERS应用

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10⁷。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。     

非独立散射对纳米颗粒介质光热效应的影响

本文采用有限元软件COMSOL结合双温度模型模拟了含金纳米颗粒复合介质的光热效应和温度分布,分析了金纳米颗粒非独立散射的影响,讨论了发生光热效应时复合介质内能量的传递方式。结果表明:将双温度模型与Fourier导热定律结合可以描述纳米颗粒及周围介质的温度变化;与独立散射的颗粒相比,非独立散射情况下光热效应与颗粒间的耦合现象有关,并且这种耦合效应与颗粒间的距离相关。     

基于毛细管的金纳米棒与纳米哑铃组装结构SERS效应比较研究

本文介绍了基于毛细管的金纳米棒(Au nanorods, AuNRs)与金纳米哑铃(Au nanodumbbells, AuNDs)组装结构,并从灵敏性、均一性和重现性等角度对两种不同纳米单元构筑的基底进行了表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)效应比较研究。结果表明,合成前驱体和分散体系均相同基础上调控得到的两种纳米单元在表面配体交换处理与构筑工艺一致前提下的基于毛细管组装,AuNDs较AuNRs组装结构表现出更高的SERS活性,而两者的均一性和重现性相当。通过选择SERS效应相对显著的毛细管基AuNDs组装结构对实际水体中的孔雀石绿进行取样和SERS检测,检测能力达到2×10~(-3)μg/g量级,表明此策略对实际水体中微量孔雀石绿的快速高灵敏检测具有一定的可行性。     

针尖增强拉曼光谱中物理与化学效应的实验研究

针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy,TERS)的增强机制中物理和化学效应的影响是一个非常重要的研究课题。通过采用基于原子力显微镜平台的针尖增强拉曼光谱系统,深入研究了金纳米光栅表面苯硫酚的针尖增强拉曼效应。通过与相同样品在表面增强拉曼光谱系统中不同模式的增强因子对比,发现在TERS中物理效应和化学效应对其拉曼信号的增强均有贡献,同时TERS技术会带来更大的化学增强效应,尽管在针尖加载的过程中并未改变苯硫酚与金光栅基底之间的化学环境。这种现象可以归因于苯硫酚分子在垂直金属表面方向上的各向异性及其与针尖表面电荷和外加光电场之间相互作用的影响。本文的研究促进人们对TERS机理的理解,为进一步完善TERS增强理论奠定基础。     

利用聚碳酸酯模板制备的金纳米棒的表面增强Raman散射效应研究

采用聚碳酸酯模板和电化学沉积法制备基于金纳米棒的Raman场增强衬底, 制备的金纳米棒直径大约36 nm, 长约1 μm, 测试结果显示其共振吸收峰的位置约为540 nm. 比较了谐振和非谐振条件下的场增强情况, 并确定了场增益系数, 结果显示谐振激光激发下的增益比非谐振情况下提高了7.36倍. 本研究相对于前人的工作取得了如下进展: 一是讨论了谐振模式与非谐振模式下的金纳米棒的场增益系数, 利用谐振波长的激光激发金纳米棒, 进一步提高了场增益; 二是消除了聚碳酸酯模板分子的荧光背底, 使其在表面增强 Raman 散射方面的应用进一步变得可行. 关键词： 金纳米棒 表面增强Raman散射 聚碳酸酯模板     

针尖增强拉曼散射原理及在科研和教学方面的进展

针尖增强拉曼散射技术是一种具有高灵敏、高空间分辨率的表征技术,作为非接触式无损检测系统,TERS已逐渐成为了许多学科领域的研究热点。本文介绍了TERS技术原理与金属针尖的特点,对TERS技术在物质和生命科学的研究进展进行了综述,并对TERS技术在教学科研与学科交叉方面的应用进行了分析,探讨了TERS技术在化学、物理、生物医学和学科教研融合方面的应用。这些研究进展为TERS技术在物质科学研究以及教育科研中的应用提供了重要的参考,有助于推动TERS技术进一步的发展和应用。     

金纳米星诊疗剂的光热特性及其在光热治疗和光学相干层析成像中的应用研究

为了开发一种优异的用于光热治疗和光学相干层析成像的金纳米星诊疗剂,对金纳米星的制备、光热特性以及光热治疗和光学相干层析成像中的应用进行研究.利用尖端结构增强金纳米材料的局域表面等离子体共振特性,通过种子介导法制备了多枝化的金纳米星,多尖端的结构使其具有明显的光热效果,并探究了其作为光热治疗的诊疗剂和光学相干层析成像造影...     

泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射

现有的柔性波导器件存在加工制备难、机械柔韧性有限、可靠性程度低等难题。基于中性面理论,以聚酰亚胺(PI)薄膜为衬底,设计并制作了具有三明治叠层结构的柔性多模聚合物波导,通过多层中性面的构筑赋予柔性波导优异的结构可靠性和机械柔韧性。所制备的柔性聚合物波导具有低传输损耗(0.16 dB/cm@850 nm)和低通道串扰(<-40 dB)的特性。通过微机械设计使在机械变形过程中施加在波导芯层上的应变最小化,波导表现出优良的机械弯曲性能,其最小弯曲半径低至3 mm,且以1 mm弯曲半径弯曲1000次后,其传输损耗无明显增加。可靠性测试实验结果表明,柔性波导具有优异的热稳定性、耐老化性能以及可加工性能,经过湿度循环、温度循环以及无铅回流焊处理后,波导的传输性能并未发生明显劣化。该研究为具有优异机械柔性和环境可靠性的柔性聚合物波导的规模化生产和应用提供了一定的理论与技术指引。     

泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射

采用一种简易的化学置换反应方法在泡沫镍基底上生长花针状的金纳米结构,并将其作为表面增强拉曼散射（SERS）基底,主要研究置换时间对SERS基底性能的影响。采用COMSOL Multiphysics仿真软件对金纳米粒子高度分别为100,150,175,200 nm的基底进行电磁增强仿真,得到最大电场强度分别为20.112,29.060,24.766,21.382 V/m,计算得到增强因子分别为1.64×10⁵、7.13×10⁵、3.76×10⁵和2.09×10⁵。使用罗丹明6G（R6G）溶液作为探针分子,对不同置换时间下的泡沫镍镀金基底进行拉曼表征、检测极限测试以及拉曼mapping测试。测试结果表明,置换时间为10 min的基底增强效果是最佳的,对R6G分子的检测浓度可以达到10^-8 mol·L^-1,在613,774,1364 cm^-1这三个R6G分子的拉曼位移特征峰处的相对标准偏差值分别为11.3%、10.9%和11.9%,说明基底...     

金纳米空球的合成及其SERS效应

本文利用非晶硒溶胶作模板合成了金纳米空球,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及拉曼光谱对其进行了表征,结果显示,所得到的金纳米空球呈多晶结构,粒径约为150 nm,壳层厚度约为25 nm,表面为颗粒状金原子团簇;将金纳米空心球组装到玻碳电极表面,以SCN-作为探针分子,初步探讨了金纳米空球的SERS效应,表明其具有较强的SERS活性。     

金纳米团簇组装的表面增强拉曼散射基底

表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术是一种高灵敏度的检测技术,已在社会发展的多个领域显示出潜在的应用前景。SERS活性基底的大面积、低成本、可控制备是表面增强拉曼散射光谱学研究领域的热点之一。利用溶液法将直径小于5 nm的金纳米团簇旋涂成膜,调控退火温度和时间,将金纳米团簇融合组装成随机分布的金纳米岛。由于融合组装过程在150～210 ℃范围缓慢,控制条件可实现具有高密度增强“热点”的SERS基底,方法简单、成本低廉、面积大、均匀性高。我们利用该方法可重复性获得了性能优良的SERS基底。该基底对表面吸附的单分子层,具有强烈的表面增强拉曼散射光谱响应,150～210 ℃退火样品的宏观增强因子106～107量级。研究表明：相同条件下150～180 ℃退火,金纳米团簇首先融合成直径10～20 nm细小金纳米岛;退火温度190～210 ℃时,形成10～20 nm细小金纳米岛与50～70 nm金纳米岛混合并存的现象。拉曼光谱表征显示：大、小金纳米岛混合并存样品的宏观增强因子高于细小金纳米岛组成的样品。经220 ℃退火后,金纳米团簇完全融合成直径50～100 nm的金纳米岛,岛间距也随之增大,导致纳米岛之间的电磁场强度呈指数衰减,220 ℃退火的样品具有较低的增强因子。本论文揭示了金纳米团簇的缓慢自组装机制,分析了金纳米岛的形貌与表面增强拉曼散射光谱的关系,为该基底的应用研究奠定基础。     

金纳米环结构的光学性质研究

采用离散偶极子近似方法(DDA)研究了两种不同形状的金纳米环结构的消光光谱及其近电场分布, 研究了等离子体消光峰的红移、蓝移现象及消光系数与结构参数之间的关系, 并与盘状的金纳米结构进行了比较. 在等离子体共振峰波长入射时, 金纳米环结构比金纳米盘结构产生更大的局域增强电场分布, 横截面为圆形的金纳米环结构比横截面为矩形的结构具有更大的局域增强电场分布, 更适合作为表面增强拉曼散射的衬底. 关键词： 离散偶极子近似 金纳米环 金纳米盘 光学性质     

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。     

聚甲基丙烯酸甲酯间隔的金纳米立方体与金膜复合结构的表面增强拉曼散射研究

金属纳米颗粒与金属薄膜的复合结构由于其局域表面等离子体和传播表面等离子体间的强共振耦合作用,可作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,显著增强吸附分子的拉曼信号.本文提出了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)间隔的90 nm金纳米立方体与50 nm金膜复合结构的SERS基底,通过有限元方法数值模拟,得到PMMA的最优化厚度为15 nm.实验制备了PMMA间隔层厚度为14 nm的复合结构,利用罗丹明6G (R6G)为拉曼探针分子, 633 nm的氦氖激光器作为激发光源,研究了复合结构和单一金纳米立方体的SERS效应,发现复合结构可以使探针分子产生比单一结构更强的拉曼信号.在此基础上,研究了不同浓度金纳米立方体水溶液条件下复合结构中R6G的拉曼光谱.结果表明,当金纳米立方体水溶液浓度为5.625μg/mL的条件下复合结构中R6G的拉曼信号最强,且可测量R6G的最低浓度达10~(–11) mol/L.     

针尖增强拉曼光谱:技术、应用和发展

本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述了针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点及最新进展。利用单晶电极上单分子层吸附物种的TERS研究和单壁碳纳米管的TERS成像例证了TERS所具有的高检测灵敏度和高空间分辨率。介绍了TERS理论的最新研究进展,并对TERS的应用前景做了预测。     

激光参数对纳米金靶向细胞膜通透性的影响

激光参数,比如脉宽、照射能量、脉冲数目以及照射方式等在各个方而尤其是在生物医学应用中对生物组织的不同效应都起着重要作用.采用纳米金颗粒靶向细胞,激光照射后细胞膜的通透性会发生改变.采用不同的激光光源和不同的照射方式(直接照射和扫描照射)、调整不同的激光参数照射细胞微粒结合体,通过流式细胞仪测量细胞对异硫氰酸荧光素葡聚糖(fluorescein isothiocyanate-Dextran,FITC-D)和碘化丙啶(propidium iodide PI)的吸收量来判断细胞膜的暂时通透性和细胞的死亡率,用以研究激光参数变化对细胞膜通透性的影响.采用传热模型对其机理进行了分析.结果表明通过调整激光参数,采用这种方法有可能进行基因转染.     

基于RC电路模型的激光诱导生物组织光热效应

针对激光诱导生物组织温升预测问题提出了一种新的RC电路理论模型。根据基尔霍夫电压定律(KVL)推导了RC电路的系统函数和单位冲激响应,根据单位冲激响应和矩形输入信号的卷积得到RC电路的零状态响应模型,由激光照射下生物组织温度实验结果确定模型中的两个固定参数,提出了两种模型参数计算方法并进行模拟计算。理论计算与实验结果显示温度响应曲线一致,肝脏和肌肉组织峰值温度相对误差范围分别为-0.0557℃～-0.0025℃和0.0139℃～0.0641℃,温度曲线平均相对误差范围分别为0.55%～2.39%和0.38%～0.99%,这种方法较经典的Pennes生物热传输方程模型所需参数少,精度更高,为激光与生物组织光热效应研究提供了一种新方法。     

新型冠状病毒S蛋白在金纳米粒子中的表面增强拉曼效应

表面增强拉曼光谱技术因其高灵敏度、操作简单、快速检测等优点,被广泛用于病毒检测方面。国内外的病毒拉曼检测研究主要集中在检测病毒核酸以及组成核酸的各种碱基的表面增强拉曼光谱(SERS),但少见对病毒蛋白的SERS检测。以新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白为检测对象,采用无标记SERS检测方法,对比SARS-CoV-2固态、饱和液态S蛋白的普通拉曼光谱和选用40 nm金纳米粒子为基底的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱。结果表明,以40 nm金纳米粒子为基底,采用SERS技术检测SARS-CoV-2的S蛋白是完全可行的。SARS-CoV-2的S蛋白分子中的羧基与金纳米粒子发生了分子增强,氨基与金纳米粒子发生了电磁增强,从而使得SARS-CoV-2的S蛋白拉曼效应得到了增强,并使得峰位发生一定移动。实验获得了较好的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱,为建立敏感、特异、快速的SARS-CoV-2检测新技术提供了一种方法。