基于纳米金与纳米银簇间表面等离子增强能量转移效应特异性检测microRNA

microRNAs(miRNAs)的灵敏检测对临床诊断具有十分重要的意义。本研究采用偶联DNA聚合酶和核酸内切酶介导的恒温扩增反应实现靶标循环再生的策略,利用纳米金(Au NPs)与纳米银簇(Ag NCs)间表面等离子增强能量转移效应,开发了一种miRNA定量检测方法。在AuNPs表面组装两种探针(Probe a和Probe b)制备响应元件Probe b-Probe a-Au NP,其中Probe a通过3'端巯基共价偶联到Au NPs表面,此外具有靶标miRNA互补序列、核酸内切酶酶切序列和Probe b互补序列,Probe b为荧光Ag NCs合成模板。靶标miRNA存在时,启动酶级联恒温扩增反应,导致Probe b脱离Au NPs表面,抑制了Probe b为模板合成的Ag NCs与Au NPs间表面等离子增强能量转移效应,使得反应体系荧光信号增强。本方法的检出限为2.5×10^(-1)1mol/L,与miRNAs商业化检测试剂盒相比,避免了逆转录反应,而且操作简单,检测成本低,可应用于生物样本中miRNAs分析。

纯金膜表面等离子增强的旋光效应

为了研究棱镜的磁光特性对系统光学响应的影响,测试了单个BK7棱镜在全内反射条件下的旋光角度谱以及BK7棱镜与金膜组合构成Kretschmann结构的旋光角度谱,并根据传统光学理论分析了光谱的成因。理论分析结果表明:在单个BK7棱镜构成的全内反射结构中,棱镜底部对p波和s波产生的反射系数差异是导致系统进入全内反射临界角之前产生较强旋光效应的主要原因;在BK7棱镜与金膜组合构成的Kretschmann结构中,棱镜的磁光特性使得光波到达金膜表面之前产生了较小的s光分量,金膜表面等离子共振激发削弱了p光振幅,两种因素结合产生了一种新的表面等离子共振增强磁光效应的物理机制。实验结果表明:Kretschmann模式下,26nm厚金膜的表面旋光角最大为1.7°,克服了传统磁光克尔效应响应较弱的缺点。

局域表面等离子效应的新应用

评述局域表面等离子体最新研究进展,介绍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,包括银纳米粒子的制备以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱的影响、表面等离子体共振放大拉曼散射的增强、等离子激光、等离子非线性效应及局域表面等离子光热效应等.探讨表面等离子体光学结构在纳米尺度上对光的各种性质的调控以及局域表面等离子体在纳米生物光子学方面的新应用.

表面等离子增强太阳电池及其研究进展

利用各种金属纳米微粒在薄膜太阳电池表面产生的等离子光散射与光俘获效应,可以有效增加太阳电池对入射光子能量的吸收,由此达到提高太阳电池转换效率的目的。首先,介绍了发生在薄膜太阳电池表面的等离子增强效应和表面等离子增强太阳电池的结构类型。然后,评述了一些典型表面等离子增强太阳电池在光伏特性方面的研究进展,如Si基薄膜表面等离子增强太阳电池、量子阱表面等离子增强太阳电池和有机薄膜表面等离子增强太阳电池。最后,指出了今后发展表面等离子增强太阳电池的一些物理思考与技术对策,如表面等离子增强效应物理机制的解释、金属纳米微粒的性质与等离子增强效应之间内在联系的阐明、新型金属纳米微粒材料的选择以及优化金属纳米结构的设计等。

表面等离子体激元共振的场增强理论研究

构建了一种绝缘体-金属-绝缘体的表面等离子体激元的产生界面,根据麦克斯韦方程组及边界条件,分析了金属表面的色散特性,同时利用时域有限差分(FDTD)方法分别模拟了Bow-tie纳米结构和矩形纳米结构在单光源辐射下的场增强效应,以及双Bow-tie纳米结构分别在单、双光源辐照下的场增强效果,通过对比分析模拟结果可发现,在等离子体激元共振的场增强中电荷的尖端效应发挥着重要作用,而且场增强幅度与纳米结构之间的距离有关,只有当纳米结构之间的距离合适时,才能使其获得最大场增强效应。

基于表面等离子体共振效应的荧光太阳集光器制备及其性能

金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应能够对特定波长入射光的吸收或者散射增强,正因为其独特的光学性质,金属纳米颗粒被尝试应用于荧光太阳集光器。本文利用全无机钙钛矿CsPbBr_(3)量子点、Au纳米颗粒和硫醇-烯聚合物制备荧光太阳集光器。研究发现,掺杂适量Au纳米颗粒可以通过表面等离子体共振效应提高全无机钙钛矿CsPbBr_(3)量子点荧光太阳集光器的外量子效率。当Au纳米颗粒的掺杂浓度为2.0×10^(-6)时,荧光太阳集光器的外量子效率为12.3%,相比未掺杂Au纳米颗粒的荧光太阳集光器的外量子效率提升了78.2%。进一步提高Au纳米颗粒的掺杂浓度,荧光太阳集光器的外量子效率下降。荧光发射谱和荧光寿命谱测试结果显示,当Au纳米颗粒的掺杂浓度超过2.0×10^(-6)时,过高的Au纳米颗粒掺杂浓度导致CsPbBr_(3)量子点与Au纳米颗粒之间发生非辐射能量转移,荧光太阳集光器荧光量子产率(η_(PL,LSC))下降导致了外量子效率下降。

纳米银对表面吸附镝配合物的荧光增强效应研究(英文)

研究了不同粒径的纳米银对镝配合物(乙二胺四乙酸配合物)的光谱学性质影响。当配合物溶液的pH值范围为4.0～6.0时,加入纳米银,可观察到大量的纳米银聚集体形成,而在吸收光谱的长波处出现一个新的吸收峰,随着纳米银浓度的增加,该吸收峰逐渐红移,同时,镝配合物的荧光强度增强。实验结果表明,纳米银粒子对镝配合物的荧光增强效应及荧光增强因子与纳米银粒子的浓度和粒径密切相关。随着纳米银浓度的增加,配合物的荧光强度先增强而后又逐渐降低。小粒径的纳米银对镝配合物的荧光增强因子较小。本文从纳米银粒子的聚集效应、局部电磁场增强效应及光吸收效应等方面探讨了纳米银对表面吸附镝配合物的+荧光增强效应机理。

铑电极在紫外区的表面增强拉曼散射机理

采用波长为 32 5nm的He Cd激光为激发光源 ,首次在粗糙铑电极上获得了高质量的表面增强拉曼信号。基于在紫外区获得SERS信号这一进展 ,以电磁场理论为基础 ,分别从定性和定量的角度对此新的实验结果做了理论分析。分析表明 ,在紫外区获得的铑的SERS信号主要源自于有着特定形貌的铑纳米粒子所引起的避雷针效应及微弱的表面等离子体共振效应的共同作用。对铑纳米粒子的表面平均SERS增强因子的计算结果与实验值较为一致 ,约为两个数量级。我们同时比较分析了在可见光及近红外区有着极佳SERS增强效应的银基底在采用 32 5nm激发光时却得不到任何SERS信号这一实验结果 。

由介电函数探讨SERS效应的电磁增强机理

从能够产生表面增强拉曼散射 (SERS)效应的典型金属银出发 ,讨论其在光频段的介电函数及与此介电函数相关的表面等离子体共振现象 ,进而用表面等离子体共振理论讨论SERS效应的电磁增强机理 .

不同介质中Au纳米粒子二聚体SERS增强效应的理论模拟研究

对贵金属纳米粒子结构表面等离激元的精准调控一直是表面增强拉曼光谱领域的热点,在众多影响SPR的因素中,介质环境一直被众多研究者忽视。本文利用理论模拟系统地研究了介质环境对于贵金属纳米结构SPR的影响,研究发现介质的介电常数增大,SPR的峰位置红移,在合适的激发线下,其所对应的SERS增强效应增大。改变介质的种类可实现SERS"热点"从纳米粒子-纳米粒子模式向纳米粒子-金属基底模式的有效转移。

由ε探讨SERS效应的电磁增强机理

从能够产生表面增强拉曼散射(SERS)效应的典型金属——银出发,讨论其在光频段的介电函数及与此介电函数相关的表面等离子体共振现象,进而用表面等离子体共振理论讨论SERS效应的电磁增强机理.

纳米尺度下的局域场增强研究进展

金属纳米颗粒的等离激元共振引起的局域场增强效应,对显微成像、光谱学、半导体器件、非线性光学等诸多领域都具有极大的应用潜力。尤其是在光学纳米材料领域,通过亚波长金属纳米颗粒与电介质的组合引起局域场增强效应,提高了纳米材料的光学性能,并促进纳米材料在光学领域的应用。本文主要综述几种常见纳米结构所产生的局域场增强效应及其应用,详细介绍并总结了金属纳米材料的不同结构参数与局域场增强的关系及局域场增强在非线性光学、光谱学、半导体器件等领域的应用。未来,随着对金属纳米材料的研究愈发深入,局域场增强的应用将更加广泛,这将对诸多领域的发展产生重要影响。

二氧化硅包覆对纳米多孔金增强荧光特性的调制

为了减弱金属基底对表面增强荧光的淬灭效应,设计了增强效果更好的荧光增强基底。采用化学生长二氧化硅的方法对纳米多孔金(NPG)表面进行修饰,避免荧光分子和NPG表面直接接触引起的淬灭效应,在SiO2@NPG表面分别组装上罗丹明6G(R6G)和辐射中心波长为700nm的量子点(QD700)。通过探测分析荧光光谱,可以得出:二氧化硅包覆的基底可以使表面增强荧光得到显著的增强,并且二氧化硅厚度对荧光强度有调节作用;在基底增强量子点荧光信号的同时,量子点和NPG之间还出现非辐射的能量转移现象,二氧化硅的厚度对能量转移同样有调节作用,厚度约为5nm时能量转移现象最显著。本实验为基于荧光能量转移的检测以及设计更好的荧光增强基底提供了参考。

金属纳米表面等离子激元的共振辐射增强研究

主要研究了不同结构参数对金属纳米表面等离子激元辐射增强的影响,以提高入射电磁波与金属表面自由电子的耦合效率。对Au、Ag纳米颗粒进行了数值模拟,比较了不同形状金属纳米颗粒的局域场增强。与其他结构相比,球形金属纳米颗粒具有更显著的局域场增强效应。通过改变球形金属纳米颗粒的各个参数进行Purcell分析,结果表明:沿极化方向的长轴尺寸、垂直于极化方向的短轴尺寸、环境材料的折射率以及光源距纳米颗粒的距离都会极大地改变金属纳米表面等离子激元共振辐射增强的效果,且会对共振波长的位置产生极大影响。最后对具有椭球壳结构的金属纳米颗粒进行了模拟,发现随着椭球壳内填充介质的折射率和椭球壳厚度改变,辐射强度都表现出不同程度的增强。

基于二维金属亚波长孔阵列结构的MEMS红外辐射源特性研究

以MEMS红外气敏传感器为应用目标,采用MEMS技术设计和制作一种二维金属亚波长孔阵列结构红外辐射源。探讨了不同厚度SU-8膜对金属/电介质/金属(M/D/M)二维金属亚波长孔阵列结构在中远红外波段透射特性的影响。设计并制作了Au/SU-8/Au的M/D/M结构,测试采用傅里叶变换红外光谱仪器。同时对M/D/M结构不同电介质层情况下的中远红外波段透射特性进行了模拟。实验结果表明,SU-8厚度在小于1μm时,透射强度远大于厚度1μm以上的结构,且有透射强度最大值出现(SU-8厚度为360nm),同时,随着SU-8厚度的增加,透射谱峰值呈现规律性红移。

Ag@SiO_2/Eu(Ⅲ)配合物纳米复合颗粒的制备及荧光性能研究

通过三步反应成功将铕配合物（EuTP）包覆在纳米棱壳结构Ag@SiO2复合颗粒的表面.采用化学还原法制备了粒径25～30 nm且分散性良好的纳米银溶胶;然后采用改进的St（o）ber法制备了壳层厚度在20nm左右的Ag@SiO2复合颗粒;以氧化铕、α-噻吩甲酰三氟丙酮、邻菲罗啉为原料制备EuTP,并成功包覆在核壳结构的表面.分别采用TEM、FTIR、XRD等对样品的结构进行了表征,并通过对比相同浓度的三价铕的配合物EuTP与复合粒子Ag@SiO2@EuTP的荧光发射光谱发现,SiO2壳层厚度在20 nm左右时Eu配合物的荧光强度明显增强,而且随着棱壳结构表面配合物浓度的增大,包覆层的厚度增大,荧光强度也呈现增强趋势,对于稀土的研究具有重要的意义.

激光诱导的对-叔丁基苯甲硫醇分子表面增强拉曼光谱变化

报道了对-叔丁基苯甲硫醇分子的表面增强拉曼光谱随激光照射时间增加而发生渐变的现象.某些特征散射峰的相对强度按照一定的趋势发生渐变.通过比较不同条件下光谱变化的速率,认为激光的热效应是导致光谱发生变化的主要原因.在对-叔丁基苯甲硫醇分子自组装形成单分子膜的过程中,由于末端基团的空间位阻效应,分子的排列和取向不易达到最佳状态,激光的热效应使其发生进一步重排而趋于稳定.

金膜上亚波长周期性孔阵的模拟与研制

分析了980 nm波长的光在透过制作在金膜上的亚波长周期性孔阵时的透射增强现象。通过建立中心带缺陷孔的三角晶格的孔阵模型,并采用三维时域有限差分方法对该模型的透射情况进行模拟分析。结果表明通过优化孔阵周期参数可以对特定波长的光实现一定程度的选择透过性。当孔阵周期为450 nm,中心缺陷孔径为400 nm,孔阵中单个孔孔径为150 nm时,980 nm波长光透过该孔阵时具有明显的透射增强效应,并且距孔阵表面3 μm的远场光斑尺寸被局限在亚波长尺度(880 nm)。研究了使用聚焦离子束在金膜上制备孔阵的工艺,成功研制了与设计尺寸一致的孔阵。这种孔阵可以集成在980 nm垂直腔面发射激光器上,用于改善器件的远场光学特性。