表面等离激元的调控研究与应用

随着对表面等离激元(SPPs)研究的日益深入和高精度纳米加工技术的不断进步, 表面等离激元亚波长光学得到迅速的发展. 由于SPPs具有表面局域和近场增强等特性, 在纳米光子学、能源、传感探测、生命科学等领域均有重要应用. 基于SPPs的特点, 介绍了材料、结构、材料和结构的复合以及柱面矢量光场对SPPs的调控特性及其应用.     

表面增强拉曼光谱技术

如果将一束光聚焦在一个固态或者一个液态物质的表面上时,会发生些什么事情呢？科学家们已经知道这样一些事实,物质中的分子暴露在光中时要被迫做微小的振动,这些振动着的分子将照射在其上的光向四周散射出去.其所以称为散射,是因为有一些入射光被偏折到另外一些方向上去了.     

表面增强拉曼光谱技术在肿瘤标志物检测中的研究进展

恶性肿瘤已严重威胁我国居民健康,而肿瘤标志物的灵敏、准确检测对于癌症的早期诊断、治疗及预后评价至关重要.因此,探究一种灵敏、准确、快速、无创的检测技术,具有十分重要的临床意义.表面增强拉曼光谱(SERS)是利用光与金、银等纳米结构材料相互作用产生很强的表面等离子激元共振效应,可显著增强吸附在纳米结构表面上分子的拉曼信号,以超灵敏获取样品自身或拉曼探针分子丰富的指纹图谱.该技术具有非侵入性和灵敏度高、选择性好、分析速度快、水干扰小等独特优势,使其在生命科学、临床检验等方面具有良好的应用前景,成为了一种极具潜力的生物检测技术.本文主要综述了近5年SERS技术在蛋白质类、酶类、核酸类、细胞类、组织类、气体类和其他类肿瘤标志物检测中的研究进展,分析了该技术在生物检测中亟待解决的问题与挑战,并对其未来的发展前景进行了展望.     

金属纳米颗粒等离激元耦合的研究及其对理解近场光学探测的意义

等离激元是与电磁场耦合的自由电子的集体振荡. 贵金属纳米颗粒的等离激元振荡频率位于或接近光频, 并且具有模式压缩、场增强等新颖的光学性质, 因此有广阔的应用前景, 当前备受关注. 在研究单个金属纳米颗粒的等离激元之后进一步研究两个甚至多个颗粒间等离激元的耦合可以更深入地揭示等离激元的基本性质, 是构筑具有实用功能的等离激元器件的重要基础.     

基于表面增强拉曼光谱技术的肿瘤标志物检测进展

肿瘤标志物是反映肿瘤发生情况的物质,与肿瘤诊断、治疗与监测息息相关,肿瘤标志物检测是肿瘤早期筛查的有效手段.随着精准医疗时代来临,对肿瘤标志物检测技术的要求不断提高,表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术利用纳米粒子间的局域表面等离激元共振效应,增强分子光谱信号,提高检测灵敏度和准确度,成为了肿瘤标志物检测技术研究的热点,在生物医学、临床诊断等领域具有极大发展潜力.本文以组织检测和液体活检为分类,综述了近5年基于SERS肿瘤标志物检测的研究进展,并提出了通过样品处理、基底改进和探针制备等方式提升标志物检测灵敏度、特异性的思路.同时,本文对SERS技术在临床应用中面临的挑战和发展进行了分析与展望,以期开发出更具潜力的检测技术.     

壳隔离纳米颗粒增强拉曼光谱方法

<正>表面增强拉曼散射(SERS)是一项强有力的光谱探测技术,相对于单分子荧光光谱,它可以提供非破坏性、超灵敏、单分子水平的探测信息.可是,基于银、金、铜等金属衬底实现拉曼效应对表面粗糙和纳米颗粒形状的需求,限制了SERS的实际应用.一些方法扩展了这项技术可针对更广泛的衬底,最为显著的是探针增强拉曼光谱探测方法(TERS).利用该项技术,需探测物质可以位于一般衬底上,衬底上的纳米金探针起到了拉曼信号放大器的作用。     

金钯不对称纳米结构合成及其表面增强拉曼光谱

金钯双金属纳米结构由于独特的光学-催化协同耦合性质而受到广泛关注,在太阳能转化存储、多相催化、光电器件、生物成像、医学诊疗等领域展现出重要的应用价值.但具有协同性质的金钯纳米材料的合成制备仍然面临巨大挑战.本研究发展了溶液和固体表面上制备金钯纳米结构的两种方式.在金纳米棒种子溶液中,通过调控铜离子的浓度,制备了具有不对...     

局域表面等离激元增强荧光研究进展

金属表面增强荧光现象,即表面等离激元与荧光分子、原子、量子点等发光体系的相互作用,是许多应用研究的基础科学问题.近年来该领域在实验和理论方面都取得了很大的进展.研究表明,金属表面等离激元共振不仅能够增强分子的激发过程,也能强烈地调制分子荧光的发射过程,如影响发光的量子效率、弛豫寿命和发射方向等.通过设计微纳金属结构,局域表面等离激元可以有效地改变分子所处的介电局域电磁场环境,进而影响和调控荧光分子的自发辐射过程.实验研究从初始的集体平均性观测,目前已经发展至单纳米结构和单分子水平,从而克服了传统测量中的平均效应,并做到实验测量和理论模拟的有机结合,对揭示单个纳米颗粒层次上的光物理基本规律具有重要意义.本文主要介绍近期与局域表面等离激元增强荧光相关的重要研究进展,具体为表面增强荧光的发光强度、光发射角分布、荧光光谱、荧光弛豫寿命及偏振等方面.     

纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质的调控

无论是对有机荧光分子还是稀土离子掺杂的纳米发光体系,其荧光调控和探测灵敏度的不断提高是基础和应用研究者一直关注的焦点.在发展传统的调控理论和技术的同时,以金属纳米结构为载体的表面等离激元和"热点"增强区域的形成,为荧光调控和增强研究提供了新的机遇.本文针对稀土离子掺杂纳米材料和有机分子发光体系,阐述常见的荧光调控途径,并就金属纳米结构相关的表面增强荧光效应及其现状进行讨论,开拓实现高效荧光调控的思路.通过探索荧光调控的机理和技术路线,以期引发对光谱增强和荧光调控基本理论和技术发展的深入思考和探索.     

分子印迹表面增强拉曼散射传感器的构建与应用

分子印迹表面增强拉曼散射(MI-SERS)传感器,将具有构效预定性、识别特异性和应用普遍性的分子印迹聚合物(MIPs)作为识别元件,结合表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测技术的指纹识别、无损、高灵敏和快速的优良特性,提高了传感器的分析性能,为复杂基质痕量分析提供了新方法. MI-SERS传感器凭借高效、精确、无损等成为新兴的研究热点,在环境监测、食品安全、生物医药等领域显示了广阔的发展前景.本文综述了MI-SERS传感器构建与应用的新进展.首先,介绍了基本的传感机理,以及根据使用场景、操作过程和检测模式进行的结构分类.然后,从MIPs制备策略和SERS基底改良入手,阐述了提高传感器性能的印迹策略和条件优化方法,并探讨了传感器的即时检验应用.最后,提出了MI-SERS传感器在稳定性、增强机理、普适性、绿色可持续性方面可能面临的挑战,展望了其构建和应用前景.     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

基于金纳米颗粒等离子体共振吸收的典型四环素类药物分析方法

研究发现, 在pH 9.37 的BR缓冲体系中, 典型四环素类药物盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素、盐酸金霉素与氯金酸发生氧化还原反应生成的金纳米颗粒在500~550 nm 波长范围内显示出特征的等离子体共振吸收, 且吸光度值与四环素类药物的浓度在一定范围内呈良好的线性关系, 据此建立了测定四环素类药物的等离子体共振吸收分析新方法. 该方法能分别检测0.5~20, 0.5~16, 0.5~16, 0.5~20 μmol/L 范围的盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素和盐酸金霉素, 对应的检出限分别为0.20, 0.16, 0.15, 0.18 μmol/L. 对浓度为20.0 μmol/L 的盐酸土霉素进行了15 次平行测定, 其相对标准偏差为1.53%. 该方法成功用于合成样和片剂中土霉素的测定, 且根据溶液颜色变化实现了上述四环素类药物的三原色可视化定量检测.     

表面修饰聚合物自组装多层的金纳米棒的表面增强荧光

在金纳米棒表面自组装由阴离子聚合物和阳离子聚合物通过静电作用形成的聚合物多层结构,并研究了该金纳米棒的表面增强荧光效应.未经聚合物修饰的金纳米棒猝灭荧光素的荧光,最高猝灭率为91.5%.经聚合物自组装多层结构修饰后,金纳米棒增强荧光素的荧光.3层聚合物修饰的金纳米棒的荧光增强因子可达102级.     

毒品形势分析及检测方法研究

毒品问题一直是困扰全球的社会顽疾,虽然全球都在竭力打击毒品犯罪,但是毒品制造、贩卖及滥用依然盛行。毒品包括天然毒品、合成毒品及潜在毒品。对于传统毒品,一旦成瘾,很难戒除。目前,毒品检测方法有多种,但高效的快检方法很少。表面增强拉曼光谱(SERS)技术,由于其检测速度快、能指纹识别毒品分子、样品用量少等优势而受到青睐,对推动现场毒品快检和毒驾筛查将起到重要的作用。     

显微拉曼光谱法定量检测碳氧血红蛋白饱和度

采用显微拉曼光谱技术对不同饱和度碳氧血红蛋白(HbCO)进行测定,通过偏最小二乘法(PLS)和间隔偏最小二乘法(IPLS)建立模型,得出线性回归方程.结果表明,经过筛选变量信息所建立的间隔偏最小二乘模型(IPLS),当血红蛋白系列样品中碳氧血红蛋白含量为0～100%时,线性相关系数的平方为0.99,检测限为5.37%,完全能满足临床和法医学上CO中毒程度的检测.此方法具有快速、简便、直接、对样品无损等优点,有望成为检测碳氧血红蛋白饱和度的新方法.     

聚合物电解质包裹金核银壳纳米棒制备双模式光学细胞成像探针

报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时, 提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.     

基于金纳米棒基因探针对多元基因的识别与检测

通过晶种生长法制备长径比分别为4:1 和8:1 的金纳米棒, 分别在其表面修饰上抑癌基因p53 和pTEN 2 种不同序列的模型基因片段, 构建金纳米棒基因探针, 这两种基因探针分别于800 和1100 nm 处有2 个近红外吸收峰. 基于探针基因识别靶基因时, 金纳米棒的纵向等离子共振吸收峰吸光度的变化, 对2种靶基因片段混合体系建立特异性识别及检测方法. 结果表明, 在pH 为7.0 的PBS 缓冲溶液中, NaCl 浓度为0.2mol/L 时, 在靶基因片段的浓度为3.0~9.0 nmol/L 范围内, 金纳米棒的纵向等离子共振吸收峰的变化与靶基因的浓度成线性关系, 检出限分别为1.6 和1.2 nmol/L. 实现了在同一混合体系中同时对两种靶基因片段的特异性识别及检测.     

四川盆地地表水酸化现状与趋势

2009～2011年间对四川盆地地表水的酸化现状进行了一次大规模调查.通过对采集的90多个地表水样的pH和主要阴阳离子浓度的分析发现,除了重庆铁山坪溪流的pH低于6.0,万州开县天蛾池、重庆铁山坪溪流和峨眉山金顶池塘等少数地表水的酸中和容量(ANC)低于0.200mmoleL1,从而表明这些地表水体可能已经发生严重酸化之外,其他水体均具有较高的pH和ANC,表明在四川盆地地表水酸化可能并非严重的区域环境问题.这里存在30多年的严重酸沉降污染,部分水体与20多年前的调查结果相比存在明显的酸化趋势,表现为ANC显著下降,同时SO42和NO3浓度显著升高.SO2和NOx排放的增长是地表水酸化的原因,其中SO2的贡献更明显.四川盆地广泛分布的紫色土具有较高的化学风化速率,是地表水具有较强的酸中和容量的原因.而在周边山地分布着黄壤等风化速率较低的土壤类型,严重的酸沉降可能导致个别地表水的酸化.     

[Hg(SCN)4]2-与蛋白质相互作用的共振瑞利散射光谱及其分析应用

在pH 1.0~4.5 的稀硫酸介质中, [Hg(SCN)₄]^2-配阴离子与人血清白蛋白(HSA)、α-糜蛋白 酶(α-Chy)、牛血清白蛋白(BSA)、溶菌酶(Lyso)和γ-球蛋白(γ-G)等蛋白质反应形成复合物, 此 时将导致共振瑞利散射(RRS)的显著增强, 也能引起吸收光谱的变化和荧光猝灭, 同时还观察 到圆二色(CD)光谱特征的改变. 本文主要研究[Hg(SCN)₄]^2-蛋白质复合物的RRS 光谱特征、适 宜的反应条件和影响因素, 以及分析化学性质, 并以[Hg(SCN)₄]^2-Lyso 体系为例, 结合吸收、荧 光和圆二色光谱的变化, 对复合物的结合位点、结合模式以及散射增强的原因进行了讨论. RRS 法具有较高的灵敏度, 它对不同蛋白质的检出限在4.6~10.8 ng/mL 之间, 据此建立了 以[Hg(SCN)₄]^2-配阴离子作探针测定人血液和尿液中蛋白质的新方法.