纳米等离子体生物传感及成像

贵金属纳米材料具有显著的局域表面等离子体共振（LSPR）效应,可有效地将共振光子限域在金属表面.随着多种形貌贵金属纳米材料的可控合成及其功能化表面化学技术的日臻成熟,贵金属纳米材料已被广泛应用于生物标记、传感成像、分析分离及生物医学领域.从贵金属纳米等离子体材料的性质出发,综述局域表面等离子体共振材料在传感及细胞成像中的最新进展,并对基于局域表面等离子体共振材料的纳米光子学传感器未来发展前景做出展望.     

基于局域表面等离子体共振效应的光学生物传感器*

贵金属纳米粒子表现出许多常规块体材料所不具备的优异性能,其中局域表面等离子体共振 (LSPR) 特性是研究热点之一。LSPR 的形状和位置与纳米粒子的组成、大小、形状、介电性质以及局域介质环境密切相关。基于这一特性,贵金属纳米粒子已广泛应用于光学生物传感器、光过滤器和表面增强光谱等领域。本文对各种结构的贵金属纳米粒子的制备方法及其在光学生物传感器中的应用进行了综述,并对 LSPR 纳米传感器的未来发展前景做了展望。     

纳米银米表面等离子激元增强上转换发光

上转换纳米发光材料因发光效率普遍较低限制了其在应用领域的进一步发展。利用贵金属的局域表面等离子体共振特性调控发射体的局域场成为提高上转换纳米粒子发光性能的有效途径之一。在这个工作中,我们利用合成工艺简单的贵金属米状结构,通过调控上转换纳米颗粒周围的局域场,实现了上转换发光强度的大幅提高。结合三维有限元方法研究了在实际薄膜中Ag米之间可能出现的不同接触方式对所产生的局域场增强效果的影响,同时证实这种局域等离激元耦合所引起的电磁场增强是提高上转换发光性能的重要因素,并且获得了上转换发光将近百倍的增强效果。最后,通过调控等离子层和发光层的厚度,实现上转换发光性能的进一步优化。     

暗场显微镜下的彩色“纳米星”（英文）

具有独特局域表面等离子共振散射特性的贵金属纳米粒子,在可见光区域表现出明显的吸收和散射光谱特性。在过去的几十年中,基于纳米金和纳米银溶液的可视化颜色传感器,被广泛应用在金属离子、生物分子、农药等灵敏检测。自2000年,暗场显微镜的出现,实现了纳米尺度下等离子共振散射光谱的精准获取,将传感尺度从传统的实验试管发展到单纳米颗粒界面。单颗粒检测消除了本体溶液中大量纳米粒子产生的平均效应,可提供更加准确的反应信息。纳米粒子的散射光谱主要取决于颗粒的尺寸、形貌、成分以及颗粒间耦合作用等,因此,具有特定散射颜色的单个纳米粒子,可以作为优异的纳米探针。这篇综述聚焦于单颗粒纳米传感,首先介绍了纳米粒子局域表面等离子共振的原理和发展历史。随后,主要讨论了单个贵金属纳米粒子作为颜色编码传感器,在生物分子、环境污染物以及能源等领域的应用,尤其是基于单颗粒的原位纳米光谱电化学传感及其在电催化反应中的应用。例如,利用纳米粒子的溶出和生长过程,精巧地设计了针对不同待测物的纳米探针。另一方面,对单纳米粒子结构演变过程的原位监测,也有助于对纳米材料制备机理的理解。最后,着重探讨了纳米颜色传感器信号提取放大的检测手段,...     

金纳米棒的光学性质研究进展

金纳米棒在紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)波段具有独特的可调节表面等离子体共振(SPR)光学特性,其良好的稳定性、低生物毒性、亮丽的色彩和在催化、信息存储、生物医学等领域广阔的应用前景受到相关研究领域的广泛关注.结合已有的研究基础,本文主要综述了金纳米棒光学性质的研究进展,包括表面等离子体共振、局域场增强效应、共振耦合效应及荧光特性,并对金纳米棒的应用做了展望.     

铝的发展、应用和新机遇

从铝元素的发现开始，逐步介绍性质优异的铝元素在工业制造以及人们日常生活等方面不可取代的应用，同时探讨了铝及其化合物的生物毒性。随着纳米技术蓬勃发展，金属铝纳米结构作为极具潜力商业化的、可持续的局域表面等离子体材料受到人们广泛关注。总结近几年铝纳米粒子的合成方法，以及在局域表面等离子体打印、表面增强拉曼检测等方面的应用。     

单金纳米棒的光散射分析化学:径向比与分析灵敏度的关系

单纳米颗粒作为信号感应单元在化学与生物传感应用中已引起广泛关注.本文通过暗场显微成像(iDFM)研究了不同径向比金纳米棒的光散射性质.将iDFM与扫描电子显微镜(SEM)结合表征种子生长法制备的金纳米棒,结果发现,因局域表面等离子体共振而展示出的红色散射光随单个金纳米棒的径向比增大逐渐红移,且金纳米棒对其周围介质折光率(RI)变化的敏感程度随径向比增大而增大.这一结果对设计高灵敏的生物纳米传感器、提高分析检测的灵敏度具有很好的指导意义.     

贵金属纳米材料的液相合成及其表面等离子体共振性质应用

金属中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念。金属纳米颗粒由于其表面等离子体共振性质表现出独特的光学应用。本文在相关研究的基础上,综述了具备表面等离子体共振性质的不同形貌及多种复合结构的贵金属纳米材料的制备和应用,并对其发展及应用前景进行了展望。     

贵金属纳米材料的液相合成及其表面等离子体共振性质应用

金属中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念。金属纳米颗粒由于其表面等离子体共振性质表现出独特的光学应用。本文在相关研究的基础上,综述了具备表面等离子体共振性质的不同形貌及多种复合结构的贵金属纳米材料的制备和应用,并对其发展及应用前景进行了展望。     

贵金属纳米材料的液相合成及其表面等离子体共振性质应用

金属中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念.金属纳米颗粒由于其表面等离子体共振性质表现出独特的光学应用.本文在相关研究的基础上,综述了具备表面等离子体共振性质的不同形貌及多种复合结构的贵金属纳米材料的制备和应用,并对其发展及应用前景进行了展望.     

局域表面等离子体共振效应在光催化技术中的应用

表面等离子激元是物理效应在光催化技术应用中的典型代表之一,作为新型光场调控技术为光催化技术的发展开辟了新的方向和思路,能够从全新的角度解决光催化技术的发展瓶颈,在过去十年来得到了广泛的研究。局域表面等离子体共振效应能够通过调节纳米颗粒的组成、形貌和介质环境等因素调控光催化体系的光谱响应范围。除此之外还能够通过增强光散射、热电子注入、诱导产生强烈的局域电场、加热周围环境等方法来增加光催化剂的氧化-还原反应速度、物质传输以及极化光催化材料表面的吸附分子,从而进一步增强材料的光催化性能。将这些优势集成到光催化材料体系中,能够显著提高传统光催化材料的太阳能转换效率,这是一个非常值得关注的发展方向。本文综述了局域表面等离子体共振效应在光催化技术中应用的基本原理、调控规律和应用等方面的研究进展,着重讨论了热电子的产生和迁移过程,贵金属中带间跃迁和表面等离子体共振效应的制约关系。最后,总结了表面等离子体光催化剂所面临的问题和挑战,并进行了相应的研究展望。     

局域表面等离子体共振辅助的金纳米棒/聚合物纳米复合材料的双光子聚合

本文研究了金纳米棒的局域表面等离子体共振效应在双光子聚合过程中的作用,即当激发光与金纳米棒表面等离子体共振波长相匹配时,会在金纳米棒表面产生很强的局域电磁场,从而引发双光子聚合。通过采用与金纳米棒表面等离子体共振波长相同的飞秒激光,在低于光刻胶聚合阈值的功率下照射含有金纳米棒的光刻胶,制备聚合物包覆金纳米棒的纳米复合材料。透射电子显微镜结果表明,当飞秒激光功率为0.6 W、光斑直径为1.6 cm、照射时间为0.3 s时,金纳米棒表面成功聚合上厚度为5 nm左右的聚合物。本研究在制备聚合物/金属纳米粒子方面提供了一种简单可行的方法,有望在纳米光子学、纳米传感器等新兴领域得到应用。     

基于纳米金多光子激发荧光的均相免疫检测新方法

本文报道了粒径小于20nm的球形纳米金颗粒(AuNSs)的强多光子激发荧光,这主要归因于多光子激发过程中的高光子密度引起的局域场增强效应。AuNSs的多光子荧光与影响局域场增强效应的颗粒尺寸及团聚程度有关。基于吸附在纳米金表面的BSA与Anti-BSA的作用引起纳米金团聚导致其多光子荧光增强,结合近红外区的多光子激发可以避免生物分子自发荧光及散射光的干扰这一优势,建立了一种高灵敏、高选择性检测血清中Anti-BSA的均相免疫分析方法。检测的线性范围从1.16nmol/L到35nmol/L,检出限为0.08nmol/L。而且通过在纳米金颗粒表面包覆硅壳实现了纳米金的荧光增强及表面功能化,由此可以建立一系列基于纳米金多光子荧光的分析检测方法。     

贵金属在Ag_2S纳米颗粒中由内向外的迁移现象

纳米颗粒具有明显区别于块体材料的新奇特性,本文利用透射电镜观察,描述并讨论一种发生在贵金属(Au、Ag、Pd和Pt)和硫化银(Ag_2S)构成的核壳结构纳米颗粒中的有趣现象,即贵金属在Ag_2S纳米颗粒中由内向外的迁移。迁移可在室温下进行,其最终结果使最初的核壳结构颗粒演变成由贵金属和Ag_2S构成的异质纳米二聚体结构,如Au-Ag_2S、Ag-Ag_2S、PdAg_2S和Pt-Ag_2S。电镜表征表面实验条件下贵金属在Ag_2S的迁移类似于一种整体迁移的模式且迁移过程中伴随着颗粒形貌结构的演变。贵金属在Ag_2S中的经空位互换的扩散机制或半导体纳米颗粒的自纯化机制可以用来解释这种迁移现象。     

高能量超声辅助制备负载型贵金属纳米催化材料

介绍了一种利用高能量超声作用制备负载型纳米催化材料的方法.通过高能量超声作用下发生的还原反应,使原位生成的贵金属或双金属纳米颗粒负载于各种载体的表面,制备了一系列石墨烯基-、碳纳米管基-、金属氧化物(二氧化铈、α-三氧化二铁、二氧化钛)基-负载型贵金属纳米催化材料,并利用光电子能谱、透射电子显微镜、元素分析、电子衍射等方法表征了材料的结构和形貌.结果表明:贵金属纳米颗粒在载体的表面均匀地分布,颗粒的尺寸较小,分布较窄;颗粒的尺寸可以通过金属在载体中的负载量、金属前驱体的浓度和超声强度容易地进行调控.这种方法为负载型贵金属纳米催化剂的制备提供了一种有效的途径.     

透射电镜三维重构确定金纳米粒子的立体结构

贵金属纳米颗粒具有局域表面等离激元这一特性使其具有丰富的光学性质,而这一特性受制于纳米颗粒所形成的立体几何形状,而透射电镜和扫描电镜的二维图像不能真切地观测和确定纳米颗粒所形成的立体几何结构。透射电镜三维重构技术可作为一种确定纳米颗粒立体结构的直观有效的方法。本文利用透射电镜的三维重构技术,选择合适的参数进行二维图像的采集、图像匹配对中及重构、立体模型的构建,从而通过构建的模型对两种金纳米颗粒样品的不同几何形状所产生的边界形态进行了确认和分析。     

基于DNA电化学发光传感器研究金纳米颗粒对量子点的电化学发光影响

纳米金颗粒具有高的消光系数和良好的表面等离子体共振特性, 其等离子体共振特性受纳米金颗粒的尺寸和周围环境等因素的影响. 本文基于半导体纳米晶电化学发光信号对金纳米颗粒的距离依赖性制备了DNA电化学发光传感器. 首先利用循环伏安法(CV)在玻碳电极(GCE)表面原位沉积金纳米颗粒(AuNPs), 巯基丙酸包裹的CdS量子点(QDs)与氨基修饰的双链DNA (dsDNA)通过酰胺键缩合, 形成量子点修饰的双链DNA(QDs-dsDNA). 最后将QDs-dsDNA 通过dsDNA 另一端的巯基组装到纳米金表面, 得到CdS QDs-DNA/AuNPs/GCE电化学发光传感器. 在优化电极表面QDs-dsDNA密度、金纳米颗粒沉积方法等实验条件的基础上, 对不同传感器的表面性质进行了表征, 如形貌和电化学阻抗等. 进一步通过控制纳米金和CdS QDs之间的DNA研究了纳米金对CdS QDs发光信号的影响作用. 结果显示DNA链的长度和类型对发光信号有着重要的影响. 最后将此传感器用于环境污染物的DNA损伤检测, 显示出很好的灵敏响应.     

低温静电自组装法制备贵金属修饰TiO_2纳米结构薄膜及其增强的光催化性能(英文)

以碱-水热法在金属Ti片上原位生长了TiO2纳米结构(纳米花和纳米线)薄膜,并采用低温静电自组装方法将超细贵金属(金、铂、钯)纳米颗粒均匀沉积于多孔TiO2薄膜上.负载于Ti片上的贵金属/TiO2纳米结构薄膜具有一体化结构、多孔架构和高光催化活性.超高分辨率场发射扫描电子显微镜(FESEM)直接观察表明贵金属纳米颗粒在TiO2表面分布均匀,且颗粒之间相互分离,金、铂、钯纳米颗粒的平均粒径分别约为4.0、2.0和10.0nm.俄歇电子能谱(AES)纵深成分分析表明贵金属不仅沉积于薄膜表面,且大量分布于TiO2纳米结构薄膜内部,其深度超过580 nm.X射线光电子能谱(XPS)分析表明,经300°C下在空气中热处理后,纳米金仍保持金属态,纳米铂部分被氧化成PtOabs,而钯粒子则完全被氧化成氧化钯(PdO).以低温静电自组装法沉积贵金属,贵金属负载量可通过调节组装时间与溶胶pH值来控制.光催化降解甲基橙的结果表明,沉积的纳米金和铂能显著增加TiO2纳米结构薄膜的光催化活性,说明金和铂粒子可促进光生载流子的分离;但负载的PdO对TiO2薄膜的光催化性能增强几乎无作用.     

超薄纳米多孔金膜的制备及其局域表面等离子体效应研究

采用电化学去合金法制得50 nm的超薄纳米多孔金膜（Nanoporous Gold Film,NPGF）,其表面粗糙度可预估NPGF的表面形貌. SEM表征证实,在扫描下限大于-0.1 V时,控制伏安扫描的循环周数可获得不同粗糙度的NPGF. 利用反射紫外可见光谱研究了NPGF的局域表面等离子体效应（LSPR）. 结果显示,NPGF在450 nm处的LSPR效应受其表面粗糙度影响,在优化的粗糙度下,NPGF的局域表面等离子体效应可实现乙二醇溶液浓度的定量检测.     

墨鱼骨有机质与纳米金复合膜光学传感器的构建及其应用

利用纳米金种法制备墨鱼骨有机质纳米金复合膜(CDMS/AuNPs),构建一种有机质复合纳米材料的光学传感器。采用扫描电镜(SEM)和紫外-可见吸收光谱对复合膜的结构和光学性质进行表征。根据金纳米颗粒(AuNPs)的局域表面等离子体共振(LSPR)效应,利用亚硝酸盐还原氯金酸诱导纳米金种生长,进而应用于亚硝酸盐的检测。在优化实验条件下,CDMS/AuNPs传感器的吸光度与亚硝酸盐的浓度在2.5×10-6～5.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系(R=0.9950),检出限为8.0×10-7 mol/L(S/N=3)。