金纳米粒子掺杂DNA-CTMA-DPFP薄膜的表面增强拉曼散射特性

采用柠檬酸三钠还原氯金酸和离子交换法制备金纳米粒子掺杂DNA-CTMA材料,利用钯催化反应合成9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴荧光染料(DPFP),将DPFP与DNA-CTMA混合后,旋凃制备金纳米粒子掺杂的DNA-CTMA-DPFP薄膜样品。通过吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的测量,研究了薄膜样品的光学特性和表面增强拉曼散射(SERS)特性。实验结果表明,薄膜样品在300～360 nm的吸收主要来自DPFP,在500～700 nm的吸收来自样品中金纳米粒子的局域表面等离子共振;样品在370,386,408 nm处的荧光峰分别对应DPFP的S₁₀-S₀₀、S₁₀-S₀₁和S₁₀-S₀₂能级的电子振动跃迁;在785 nm激光激发下,薄膜样品的拉曼散射主要来自DPFP分子,随着金纳米粒子掺杂比的增大,DPFP分子的拉曼散射峰强度逐渐增强。因此,金纳米粒子掺杂DNA-CTMA薄膜适合作为多种染料分子的SERS基底。     

偶联分子对金纳米粒子在玻片上组装的影响

将金纳米粒子组装在用3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APES)修饰的普通玻片上,再分别用偶联分子对巯基苯胺、1,4-二巯基苯在该基底上再次组装金纳米粒子,结果表明用对巯基苯胺作为组装的偶联分子得到双层金纳米粒子结构,对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱信号得到增强,而用1,4-二巯基苯作为组装的偶联分子得到单层金纳米粒子结构。     

具有双共振吸收峰的Au纳米粒子制备及其拉曼表征

表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点,迅速成为科研工作者们的研究热点,在食品安全、环境污染、毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备,金属纳米粒子的种类、尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响,要获得好的增强效果,需要对金属纳米结构进行工艺优化。特别是,需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长,以期获得更好的增强效果。为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系,开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。首先利用FDTD Solutions仿真建模,主要针对金纳米颗粒直径、金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真,得到金纳米球理论直径在50 nm左右,金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时,吸收峰分别分布在532及785 nm附近,符合多波段激励光拉曼增强条件;对于激励光偏振方向,其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近,沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。然后采用种子生长法,制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。通过改变硝酸银用量(5,10,20,30和40 μL)、盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15,17,21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量,得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。最后用该样品作为基底,罗丹明6G(R6G)作为探针分子,分别测试其在532,633和785 nm激励光入射时的SERS表征,对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1,增强因子达到了~105,满足了多波段SERS检测的需要。     

对巯基苯胺在拉曼免疫检测中的应用

文章以对巯基苯胺(PATP)作为标记分子,研究其在金电极上的吸附.发现对巯基苯胺分子是采用苯环直立于电极表面的吸附方式吸附于电极表面的.用于免疫检测时,对巯基苯胺分子先通过直立吸附的方法达到满单层吸附,然后通过胺基与抗体分子的羧基相连,形成一种复层结构,再与基底结合,得到固相抗体-抗原-标记抗体"三明治"结构.借助抗体上标记金纳米粒子的SERS信号达到单组分生物免疫检测的目的.     

非常规条件下的SERS效应

关于表面增强Raman散射效应的研究大体上分为两类：一类是关于不同的吸附分子，一类是关于不同的衬底材料。比较容易观测到表面增强Raman散射效应的分子大都是一些含有π键，孤电子对和环结构的分子。而具有饱和结构的分子则难于观察到表面增强Raman散射效应。表面增强Raman散射效应使用的衬底材料主要是Ag，Au和Cu，其他如Pt，Pd，CA，Co等金属上也有弱的表面增强Raman散射效应。本文介绍“非常规”吸附质和衬底条件下的SERS现象。     

金纳米粒子组装体系的表面增强拉曼光谱特性研究——表面粒子密度与拉曼光谱强度的关系

利用纳米粒子组装制备了金基底———巯基苯胺自组装膜偶联层———金纳米粒子的“三明治”结构,研究了表面粒子密度与偶连层分子的拉曼光谱强度的关系。实验结果显示,该结构对偶连层分子的拉曼光谱有很好的增强效应,增强因子可达１０５。在表面粒子密度较低时,拉曼光谱强度与表面粒子密度曲线呈线形,随着表面粒子密度的增加,曲线出现负偏差并在粒子密度较高区域出现一个平台。     

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。     

表面增强拉曼光谱快速检测尿液中的尿酸

表面增强拉曼光谱是一种表面灵敏度极高的“指纹”光谱技术,检测限可达单分子级别。它可以实现痕量物质的特异性识别及快速、无损检测,广泛应用于生命科学、电化学、环境安全等领域以及人们的日常生活中。通过种子生长法成功地实现了形貌均匀、尺寸可调的球形金纳米粒子的制备,并以此作为增强基底进一步探索其粒径对尿酸拉曼谱峰强度的影响。结果表明,金纳米粒子的尺寸显著影响其拉曼增强能力。在研究范围内,随着金纳米粒子尺寸的增加,其拉曼增强能力逐渐增加。在激光波长为638 nm时,150 nm的金纳米粒子具有最优的拉曼增强能力。这使得它们可适用于尿酸溶液的快速高灵敏度分析,检测限可达0.01 mmol·L-1。进一步的研究还表明,该方法可用于痕量尿酸的定量检测。在0.01～0.5 mmol·L-1范围内,尿酸的浓度与其特征拉曼峰640 cm-1处的峰强度之间呈线性关系,线性相关系数达0.98。将该方法用于真实样品(正常人体尿液)的快速检测,发现该方法不受尿液中其他成分的干扰,可以实现人体尿液中尿酸含量的快速测定。研究结果表明,以金纳米粒子作为基底的表面增强拉曼光谱方法可方便、快速地对尿液中尿酸的含量进行分析,极大地拓展了表面增强拉曼光谱在临床上的应用与研究。     

Fundamental studies on enhancement and blinking mechanism of surface-enhanced Raman scattering （SERS） and basic applications of SERS biological sensing

We review recent our results in the fundamental study of surface-enhanced Raman scattering （SERS） with emphasis on experiments that attempted to identify the enhancement and blinking mechanism using single Ag nanoparticle dimers attached to dye molecules. These results are quantitatively discussed in the framework of electromagnetic mechanism. We also review recent our results in basic SERS applications for biological sensing regarding detections of cell surface molecules and distinction of disease marker molecules under single cell and single molecule level.     

染料分子SERS与FTIR－Raman的比较研究

本文研究了强荧光染料罗丹明Ｂ（ＲｈＢ）的表面增强拉曼（ＳＥＲＳ）和傅里叶变换红外拉曼（ＦＴＩＲ－Ｒａｍａｎ）光谱，比较了这两种技术在研究荧光物质拉曼效应方面各自的特点和优势，并对两种方法获得的振动模式的差异及ＲｈＢ在银表面的吸附方式进行了讨论。     

稳定的金-银与金-铜合金纳米颗粒的制备和应用

金、银、铜等贵金属的纳米结构都具有表面等离激元共振效应,在表面增强拉曼散射(SERS)和光催化领域具有重要的应用价值。合金纳米颗粒有望兼具多种金属的优点,赋予金属纳米颗粒更多优良品质。本论文中,我们通过改进“Brust”法,成功合成了直径1～5 nm的Au₁Ag₁和Au₁Cu₁合金纳米颗粒,所制备的合金纳米颗粒在空气中具有良好的稳定性,并在有机溶剂中具有良好的溶解性。利用溶液法组装的Au₁Ag₁和Au₁Cu₁合金SERS基底,分别对532 nm和785 nm的激发光表现出良好SERS性能。相同条件下,Au₁Ag₁基底比Au基底对R6G探针分子的拉曼信号强度提高了2～4倍,表现出良好的SERS活性。Au₁Cu₁合金基底则比Au₁Ag₁合金和Au基底表现出更强的光催化活性,在光催化领域表...     

干净、均一的表面增强拉曼基底的制备和表征

采用盐酸羟胺种子生长法制备60 nm左右的粒径均一的金纳米粒子, 通过在ITO上修饰3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)对金纳米粒子进行组装, 得到组装密度较高、均一的表面增强拉曼光谱(SERS)基底; 采用等离子体清洗再用醋酸溶液浸泡除去氧化层的方法, 可获得干净的SERS基底, 这种方法与其它基底除杂方法相比更为简单、操作性强且信号只衰减了20%。     

谷胱甘肽在金纳米粒子有序膜表面吸附的表面增强Raman光谱表征

将制备好的金纳米溶胶粒子组装在3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)修饰的ITO导电玻璃表面,形成金纳米粒子有序膜。FE-SEM电镜图显示金纳米粒子有序膜呈现出较为均匀的亚单层分布。同时利用电化学方法对有序膜进行了表征。将有序膜作为表面增强Raman光谱(SERS)基底应用于生物分子谷胱甘肽的SERS光谱表征与分析。研究表明,所制备的金纳米粒子有序膜可有效应用于谷胱甘肽分子的SERS光谱表征与分析。     

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。     

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160 nm)的金纳米粒子.观察到120～135 nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同.利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算.在632.8 nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110 nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符.同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220 nm时又出现SERS增强另一峰值.在325 nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102.     

Enormous enhancement of electric field in active gold nanoshells

The electric field enhancement properties of an active gold nanoshell with gain material inside have been investigated by using Mie theory. As the gain coefficient of the inner core increases to a critical value, a super-resonance appears in the active gold nanoshell, and enormous enhancements of the electric fields can be found near the surface of the particle. With increasing shell thickness, the critical value of the gain coefficient for the super-resonance of the active gold nanoshell first decreases and then increases, and the corresponding surface enhanced Raman scattering （SERS） enhancement factor （G factor） also first increases and then decreases. The optimized active gold nanoshell can be obtained with an extremely high SERS G factor of the order of 1019-1020. Such an optimized active gold nanoshell possesses a high-efficiency SERS effect and may be useful for single-molecule detection.     

在银、金和铂基底上银纳米粒子诱导的单层有机分子的表面增强拉曼散射(英文)

Noble metallic nanostructures exhibit a phenomenon known as surface-enhanced Raman scattering （SERS） in which the scattering cross sections are dramatically enhanced for molecules adsorbed thereon. Thanks to the enormously large enhancement factor on the order of 106～1015, one can readily acquire thevibrational spectra from adsorbates on roughened surfaces of Ag, Au, and Cu. However, SERS has not developed to be as powerful a surface technique as many people had hoped initially because of two specific obstacles.