金纳米棒自组装的研究进展

金纳米棒具有独特的光电性能,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,在纳米材料科学和生物医学领域中有广泛而重要的应用前景.本文从诱导自组装各种驱动作用力的角度,综述了金纳米棒自组装的最新研究进展,具体内容包括:表面张力引发的自组装、化学作用驱动如静电作用或氢键作用等引发的自组装以及生物分子识别作用引发的自组装.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容. 本文利用时域有限差分（FDTD）方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振（SPR）特性. 研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合. 金纳米棒二聚体的光吸收结果表明：对于肩并肩（S-S）的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR（SPR_T）峰有较小的红移,而纵向SPR（SPR_L）峰显著蓝移. 对于端对端（E-E）的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPR_T峰无明显移动,而SPR_L峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

环糊精与表面活性剂主客体作用诱导的金纳米棒可控自组装

The self-assembly of colloidal nanocrystals has emerged as a powerful strategy for the bottom-up fabrication of functional materials and nanodevices. Recently, the self-assembly of gold nanorods (GNRs) has attracted significant attention because of their unique plasmonic properties, but the realization of their adjustable self-assembly of GNRs through facile and effective approaches remains challenging. In this work, the controllable self-assembly of GNRs in aqueous solution was realized through the host-guest interactions of cyclodextrins (CDs) and the cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) molecules adsorbed on the surface of the GNRs. The self-assembly of GNRs was readily achieved by the addition of aqueous α-CD solutions with varied concentrations into aqueous dispersions of CTAB-stabilized GNRs. At a relatively low α-CD concentration, slow aggregation of the GNRs occurred, resulting in their side-by-side assembly. This was revealed by the blue shift of the longitudinal surface plasmon resonance (LSPR) band in the absorption spectra and confirmed by transmission electron microscopy (TEM) observations. On the other hand, when a higher concentration of α-CD was added, fast aggregation of the GNRs occurred, resulting in their end-to-end assembly. This was revealed by the red shift in the LSPR band together with the TEM observations. If β-CD was employed instead of α-CD, the self-assembly of GNRs could also be induced, although a relatively higher concentration of β-CD was required to achieve the extent of aggregation similar to that induced by α-CD, indicating that the supramolecular host–guest interaction between CDs and the surfactant CTAB was crucial to the directed self-assembly of GNRs. Furthermore, the α-CD-induced assembly was inhibited on addition of excess CTAB, confirming that the supramolecular interaction of α-CD and CTAB played a key role in directing the self-assembly of the GNRs. Based on these experimental results, a possible mechanism for the α-CD-induced self-assembly of GNRs was proposed as follows: at a lower α-CD concentration, the gradual formation of the host-guest inclusion complex α-CD/CTAB led to the partial replacement of the highly charged CTAB bilayers adsorbed on the GNRs by the less charged complex, which resulted in a slow side-by-side assembly of the GNRs; at a higher α-CD concentration, the CTAB bilayers were quickly replaced by the α-CD/CTAB complex, and the CTAB molecules adsorbed at both ends of the GNRs were almost completely replaced, resulting in a fast end-to-end assembly of the GNRs. Additionally, on the basis of the hydrolysis of α-cyclodextrin catalyzed by α-amylase, the self-assembly of GNRs directed by the host-guest interaction could be used to realize the feasible detection of α-amylase in solutions. This self-assembly strategy mediated by the host-guest interaction may be extendable to other colloidal systems involving surfactants adsorbed on the surface of nanoparticles, and may open new avenues for the controllable self-assembly of non-spherical nanoparticles.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容.本文利用时域有限差分(FDTD)方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振(SPR)特性.研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合.金纳米棒二聚体的光吸收结果表明:对于肩并肩(S-S)的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR(SPRT)峰有较小的红移,而纵向SPR(SPRL)峰显著蓝移.对于端对端(E-E)的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPRT峰无明显移动,而SPRL峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

金纳米粒子组装结构中的表面重组现象

以纳米粒子为基本结构单元构筑的各种二维或三维超晶格结构受到了广泛的重视［１］．人们的兴趣一方面来源于在纳米尺度上控制材料结构 ,另一方面则因为组织化的纳米材料或结构具有独特的性质 ,以期在非线性光学、纳米电子学等前沿领域得到应用［２］．当前研究最多的结构形式是固体表面上的纳米粒子阵列或单层薄膜 ,通常是胶体粒子靠某种特殊相互作用吸附或沉积在固体表面上（亦称为“纳米粒子在表面上的组装［３］”） ,因此对纳米粒子及固体表面进行功能化的修饰 ,从而控制纳米粒子在表面上的排列和聚集状态 ,是制备这类复合结构的核心问…     

表面修饰引发的ZnO纳米棒阵列膜的超疏水性

润湿性是固体表面的重要性质之一 ,它受控于固体表面自由能和表面粗糙度的大小 ,一般可用液体在固体表面接触角的大小来衡量 .由于水与超疏水表面 (水与固体表面的接触角大于 1 5 0°的表面 )的接触面积很小 ,通过水所发生的化学发应和化学键的形成受到限制 ,使这种表面具有防水、防污染和防氧化等多种功能 ,因而备受人们的关注 [1～ 6 ] .作为宽禁带半导体材料 ,Zn O以其独特的光电和催化等性质在短波激光器、气体传感器、高效催化剂、太阳能电池等方面具有广阔的应用前景 .表面润湿性的研究对于将 Zn O用于各种器件非常重要 .Pesika等 […     

金纳米粒子在平整硅基表面上的组装

采用水相硅烷化方法,将３－氨基丙基－三甲氧基硅烷（ＡＰＳ）组装在湿化学法处理的单晶硅表面上。接触角、原子力显微镜（ＡＦＭ）、Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）表征结果显示得到了平整均匀的具有氨基表面的自组装膜。ＳＥＭ观察表明,１６ｎｍ的金纳米粒子可以在上述氨基表面上形成均匀的亚单层排布,得到了具有Ａｕ纳米粒子／ＡＰＳ／Ｓｉ形成的纳米复合结构,进一步的处理可以使金纳米粒子在表面上的排列由随机趋于有序化。     

金纳米棒的表面改性及其在生物医学领域的应用

各向异性的金纳米棒由于具有独特的光学性质,在生物医学领域得到了日益广泛的应用。本文综述了金纳米棒的表面改性及其在生物标记与识别、生物成像、癌症诊断和光热治疗等领域中的应用。     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

基于金纳米棒的DNA超灵敏检测研究

采用氯金酸和硼氢化钠为原料合成金纳米粒子,在含有CTAB的生长溶液中加入一定量的种子溶液成长形成金纳米棒。在金纳米棒表面分别组装两种不同的巯基寡核苷酸探针,并通过靶探针进行"三明治"杂交。采用透射电子显微镜、紫外-可见-近红外光谱对杂交体系进行了表征。结果表明,所制备的金纳米棒分布均匀、分散性好,对寡核苷酸的检测限可达1pmol/L,能明显区分正错配。该方法简单易行,可应用于DNA、蛋白质等生物分子的识别。     

金纳米粒子组装体系粒子密度与SERS强度的关系

利用纳米粒子组装技术制备出金基底／巯基苯胺自组装膜偶联层／金纳米粒子的“三明治”结构。实验结果显示,该结构对偶联层分子的喇曼光谱显示出很好的增强效应,增强因子可达１０＾５;在表面粒子密度（粒子覆盖度）较低时,表面增强喇曼散射（ＳＥＲＳ）强度与表面粒子密度近似呈线性关系;随着表面粒子密度的增加,这种线性关系出现负偏差并在表面粒子密度较高区域出现一个平台;在６０￣１１０ｎｍ范围内大粒径金粒子对喇曼光谱     

金纳米粒子在氨基表面上的组装-pH值的影响

用原子力显微镜（AFM）和表面增强喇曼光谱（SERS）研究了pH值对金纳米粒子在Au／巯基苯胺自组装膜表面上组装效果的影响．AFM结果表明，金纳米粒子在表面上的覆盖度随pH值表现出规律性的变化，巯基苯胺自组装膜的SERS强度随pH值的变化也有类似的趋势．在磁性环境下，氨基未质子化，金粒子难以组装上，而在酸性条件下，氨基质子化带正电，金粒子与基底容易结合．我们认为金纳米粒子和氨基之间的作用属于静电力，pH值同时影响膜表面氨基的质子化程度和金纳米粒子表面的带电量．     

冬瓜皮表面白霜的超疏水性研究

冬瓜是一种常见的蔬菜,大部分品种成熟时表面覆盖一层类似于"白霜"的粉末。本文使用扫描电镜、接触角测量仪、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射仪等设备对冬瓜皮表面白霜的浸润性、结构形貌及其组成进行了研究,证实了冬瓜皮表面白霜的超疏水特性,水滴在其表面的接触角高达154.8±3.5°,且滚动角小于5°。研究表明,冬瓜皮表面的白霜呈现微纳米多级拓扑结构,主要由长链脂肪酸、长链烷烃酯类组成,这种微纳米拓扑结构和化学组成的协同作用决定了冬瓜皮表面的超疏水性。本工作可为进一步了解、设计此类结构材料提供数据积累。     

金纳米粒子通过形成Au-S键的组装

利用湿化学法以纳米粒子为基本单元构筑各种纳米复合结构,具有灵活简便、通用性强等特点,近年来受到了广泛的重视．Ｎａｔａｎ［１-４］等最先开展了在固体表面上制备金纳米粒子单层膜的研究,他们借助双官能团硅烷化试剂对硅氧化物基底（如玻璃、石英等）进行表面修饰?..     

超疏水表面研究进展

综述了超疏水表面研究进展,简述了超疏水表面研究的理论基础,归纳总结了超疏水表面的制备方法及存在的问题,并介绍了功能超疏水材料研究的最新进展.指出超疏水表面因其独特的自清洁性能而成为功能材料及表面界面科学领域的研究热点之一,并就其今后的发展进行了展望.     

基于金纳米棒和超氧化物歧化酶层层自组装的超氧自由基生物传感器

超氧自由基（O2·-）检测对于研究氧化损伤有关的生化及病理过程具有重要意义.本文基于金纳米棒/超氧化物歧化酶层层自组装方法构建了一种新型超氧自由基电化学传感器.通过带正电的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）包裹的金纳米棒（AuNRs）与带负电的超氧化物歧化酶（SOD）在半胱氨酸（Cys）修饰的金（Au）电极上层层自组装制备了（SOD/AuNRs）2/Cys/Au电极,证明了金纳米棒/SOD双层组装膜能有效增强SOD与电极之间的电子转移,并且该电极中的SOD保持有良好的生物活性,可在还原电位下实现O2·-电催化还原,从而达到检测O2·-的目的.该超氧自由基电化学传感器表现出了良好的电分析性能,其检测线性范围为200nM～0.2mM,检测限为100nM（S/N=3）,灵敏度为22.11nAcm-2μM-1,响应时间为5s.此外,该传感器还显示了较好的稳定性以及排除常见共存物过氧化氢、尿酸和抗坏血酸等干扰的能力.因此,对于第三代超氧化物歧化酶传感器的制作来说,酶与纳米材料层层自组装方法能够提供一种有效的电极构建方式.     

金纳米粒子组装体的连续离散型纳米结构控制

采用柠檬酸钠还原氯金酸的方法,制备出粒径均一的金纳米粒子(AuNPs),通过加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BSPP),增强了AuNPs体系的分散性与稳定性.选用直径为15和40nm的AuNPs,用不同序列巯基修饰的单链DNA连接到其表面,通过DNA链的杂交,形成不同结构的金纳米粒子组装体.通过改变加入DNA延长连接单元的比例,可以控制金纳米粒子组装体具有连续离散型的1∶1,2∶1和3∶1纳米结构.     

尺寸可控的金纳米粒子在功能化的MWNTs表面的自组装

提出了一个有效的、以晶种媒介的光化学法可控生长不同尺寸的胶体金纳米粒子在多壁碳纳米管(MWNTs)表面的自组装.方法基于羧基化的MWNTs以双官能团巯基乙酸分子化学修饰而连接上巯基,随后,不同尺寸的胶体金纳米粒子以共价结合的方式分别被直接锚定在其表面,从而获得良好的Au/MWNTs杂化材料.通过UV-Vis光谱、TEM和XRS等技术对胶体金纳米粒子、Au/MWNTs复合物及其自组装过程的表征,详细研究了金纳米粒子尺寸对功能化MWNTs表面自组装的影响,结果表明,直径为2.5～5.2nm范围很好分散的金纳米粒子能够很好自组装在平均直径约20nm的功能化MWNTs表面上.同时探讨了双官能团分子的化学修饰和金纳米粒子对MWNTs表面自组装的驱动力。     

金纳米棒对表面等离子体耦合发射的增强作用研究

局域型与传播型表面等离子体相互作用引起的电磁场增强是调控表面等离子体耦合发射(SPCE)的有效方法。通过静电吸附将金纳米棒(AuNRs)引入光滑金基底表面,再匀胶625 nm发射的量子点荧光薄膜,检测到高度p偏振的定向辐射;借助体系独特的等离子体耦合特性,相较于常规SPCE和自由空间发射分别实现了约40和150倍的信号增强。研究结果表明,信号调控主要来自AuNRs的局域等离子体共振、体系的增强等离子体电磁场以及“热点”结构的形成对处在耦合猝灭区的荧光团带来的“去猝灭”效应。通过条件优化,探究了AuNRs调控SPCE信号的影响因素,包括AuNRs的修饰浓度以及量子点荧光薄膜的厚度,为高效耦合增强体系的构建提供了研究方法。等离子体与不同波长的荧光发射耦合作用各异,将AuNRs用于多波长SPCE体系的信号调控,在不同的发射角度实现了对应波长的耦合增强检测。AuNRs修饰过程简单,增强效果显著,是一种调控等离子体耦合发光的普适方法,有望提高体系的检测性能;结合SPCE的波长分辨特性,可为构建多波长同时增强检测体系提供可行的光谱分析手段。     

超疏水表面的制备方法

超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性,是目前功能材料研究的热点之一.其中超疏水表面的制备方法是研究的关键点.介绍和评述超疏水表面的制备方法,对该领域的发展方向进行了展望.