近场光镊技术研究新进展

光镊技术,又称光学捕获技术,它是利用光的辐射压力来捕获和操纵包括电介质颗粒、生物细胞及生物大分子在内的微小粒子的。近场光镊技术利用近场光学倏逝场随距离急剧衰减的特征,可显著地降低捕获粒子的尺寸,实现纳米捕获。追踪了近场光镊技术的最新进展,包括全内反射相干倏逝场、近场光学镀膜光纤探针尖、激光照明金属探针尖和聚焦倏逝场用于近场光学捕获,并对其进行了比较,分析了它们存在的主要问题和未来发展方向。

近场纳米光纤探针腐蚀制备技术概述

纳米光纤探针是扫描近场光学显微镜的常用关键器件,化学腐蚀法制备近场光学光纤探针是基于腐蚀液弯液面的高度随光纤芯径的动态变化过程。从流体力学杨-拉普拉斯方程出发,研究了弯液面高度随光纤芯径大小的变化关系,分析了影响腐蚀法制备纳米光纤探针的相关因素,追踪了利用化学腐蚀制备纳米光纤探针的最新进展,介绍了静态腐蚀法、动态腐蚀法和选择腐蚀法等多种方法,并分析了每种方法的特点,作了比较和总结。

纳米银胶的光化学制备及其特性研究

采用紫外光化学法制备了黄色银胶,并研究了硝酸银和柠檬酸三钠的浓度对制备的银胶吸收光谱的影响,发现随着硝酸银浓度的增加银胶的吸收峰先兰移然后红移;当柠檬酸三钠的浓度增加时,硝酸银吸收峰的位置几乎不变,而吸收峰强度增大.最后通过透射电镜成像研究其尺寸,发现其尺寸分布在5～20nm之间.

近场拉曼技术发展概述

本文介绍了一种新兴的超分辨光谱技术———近场拉曼散射技术。结合国内外的有关近场拉曼的文献,详细介绍了其实验和理论发展近况,针对近场拉曼的特性,分析了近场拉曼的光谱特点。

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。

用多元分析方法研究乳腺癌血清的表面增强拉曼光谱

借用两种化学计量学分析方法——主成分分析方法(PCA)和判别分析方法(LDA),进行联合运用,分析了乳腺癌血清的表面增强拉曼光谱(SERS)。首先从分子角度上讨论了蛋白质主侧链在乳腺癌血清中变化,结果发现:主链空间结构遭到破坏。侧链的有序性下降、糖质环境也发生了改变;其次采用上述两种计量学的多元分析方法对18例临床确诊为乳腺癌患者和20例健康人的血清样本进行了表面增强拉曼光谱分析。发现主成分分析方法对于样本区分未能达到80%,进而再用判别分析法,准确率达到100%,所得结果令人满意。

拉曼光谱快速诊断恶性肿瘤研究

恶性肿瘤是目前威胁人类健康的主要疾病之一,早期发现可降低发病率和死亡率。本文利用表面增强拉曼散射原理,自行研制了超高灵敏近场拉曼分子指纹分析系统。对癌症患者血清和正常人血清进行检测,分别得到了它们的拉曼指纹图谱。通过癌症患者血清和正常人血清拉曼图谱的对比分析,初步证明用拉曼光谱可以实现恶性肿瘤的早期诊断。

激光捕获技术及其发展

激光捕获技术是利用光辐射力来捕捉、移动和操纵微粒的先进技术。光镊即单光束梯度力光阱是通过在高度会聚的激光束束腰附近所产生的极高的场强梯度来形成皮牛顿量级的力,可以三维地捕获和操纵微小粒子。阐述了激光捕获技术的模型和原理以及系统的基本结构;追踪了激光捕获技术的最新研究进展;介绍了非高斯型光阱、光纤光阱和全息光镊等几种特殊形式,并分析了每种形式的特点。展望了激光捕获技术的发展前景。

基于“热点”效应的表面增强拉曼散射光谱研究

本文利用罗丹明6G在银胶体粒子聚集点上的表面增强拉曼光谱的强度变化,采用逐点扫描获得拉曼光谱的"Mapping"方法,获得了不同的银胶体粒子聚集点对吸附的R6G表面增强拉曼光谱强度的影响。分析了"热点"对拉曼散射的增强的作用,表明"热点"的增强强度和纳米粒子的聚集程度有关。

胞嘧啶分子拉曼光谱研究

本文通过实验测量了胞嘧啶的常规拉曼光谱,有四个弱拉曼峰在以前胞嘧啶的常规拉曼光谱中未检测到。采用密度泛函(Density Function Theory)B3LYP/6-31+G(d,p)计算了胞嘧啶分子的拉曼光谱。结合理论计算结果对实验拉曼光谱振动模式进行了指认,并对其中几个拉曼峰非常弱的原因进行了分析。

单个人体黑素瘤细胞的原子力显微图像及拉曼光谱的研究

利用原子力显微镜对人体单个黑素瘤细胞进行扫描,观察其表面形貌,得到了人体黑素瘤细胞在原子力显微镜扫描下的清晰成像,介绍了原子力显微镜在观察单个人体黑素瘤细胞表面超微结构方面的优势。通过其原子力图像,发现黑素瘤细胞形态各异,表面粗糙,有大小不一的突起。同时给出了单个黑素瘤细胞的拉曼光谱,并对谱峰进行指认,从分子水平对黑素瘤细胞的结构进行分析。将原子力图像及拉曼散射光谱技术应用于人体黑素瘤的研究,为人类黑素瘤的早期和快速诊断提供实验依据。

原子力显微镜结合拉曼光谱仪对不同氧分压制备ZnO薄膜性能研究

利用磁控溅射技术,在硅基底上(100)成功制备了ZnO薄膜。分别利用原子力显微镜和拉曼光谱仪对其表面形貌、颗粒度、粗糙度和拉曼光谱性能进行表征、分析,两种方法所得结论基本吻合。研究结果表明,ZnO薄膜结晶度良好,颗粒分布均匀,具有良好的c轴取向。原子力显微镜表征结果表明,氧分压小于50%时,ZnO颗粒度和RMS粗糙度随通入氧气分压增加而减小:氧分压大于50%时,ZnO颗粒度和RMS粗糙度趋近于一常数。拉曼光谱表征结果表明,ZnO的拉曼特征峰E2(high)表现出尺寸效应,即随氧气增加(小于81.25%)ZnO颗粒度减小,使特征峰的峰位向高频移动,特征峰的半高宽增大;ZnO薄膜内部张力随氧气分压增加(小于81.25%)而减小。

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究,从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂.对前线分子轨道的计算表明,二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入.对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明,二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好.对染料分子的能级计算表明,二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂.二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO)能级均比TiO2晶体导带边能级高,能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子.二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I3-能级低,保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子.与实验数据比较,得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面,对染料的关键要求是LUMO能级的位置.染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素.通过对化学键键长的比较表明,二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同.对计算结果的分析表明,二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高,分子稳定性最好,在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好,在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.

有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较(英文)

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光谱相比于D-ST的有明显的红移,而且D-SS分子的摩尔吸光系数也高于D-ST分子的.D-SS分子本应该比D-ST分子拥有更高的俘获太阳辐射光子的能力,但由于D-SS分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级位置比氧化还原电解质(I-/I-3)的氧化还原能级高,处于光激发态的D-SS分子向TiO2电极注入电子而被氧化后,不能顺利地从电解质中得到电子而还原,使得D-SS分子俘获光子的能力不能充分发挥,从而严重地降低了由其敏化的DSSCs的光电性能和光电能量转换效率.揭示了D-SS敏化的DSSCs的光电性能,特别是光电能量转换效率比D-ST敏化的DSSCs的低的原因.染料敏化剂分子的HOMO能级的位置对于DSSCs来说也是很重要的,用于DSSCs的有机敏化剂分子的HOMO能级的位置必须低于氧化还原电解质的氧化还原能级.

染料敏化太阳能电池中染料分子共轭π桥的扩展(英文)

以染料分子D5为原型,采用不同类型和数量的共轭桥单元来设计D-π-A型有机分子,采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)来模拟计算分子的形貌、分子轨道能级以及紫外-可见光谱,为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的敏化分子寻找适合的共轭桥.采用"次甲基链"、"呋喃环"或"噻吩环"、"次甲基链和呋喃环"或"次甲基链和噻吩环"作为共轭桥单元,使得分子的吸收光谱依次红移.随着共轭桥单元的增加,分子的吸收光谱有剧烈的红移,但随着共轭桥单元数量的进一步增加,分子吸收光谱的红移现象减弱.分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级逐渐降低,而最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐升高.采用3个"次甲基链和呋喃环"或者"次甲基链和噻吩环"作为共轭桥时,HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级,而在极性溶液中,由2个"次甲基链和噻吩环"单元作为有机分子的共轭桥时,分子的HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级了.采用"次甲基链和呋喃环"或"次甲基链和噻吩环"单元作为有机分子的共轭桥时,吸收光谱有明显的红移,但对于DSSCs的敏化分子,这样的共轭桥单元只能有1-2个,不宜过多.

以新型银胶为衬底小鼠血清的表面增强拉曼光谱分析

针对以新型银胶体粒子为表面增强拉曼衬底获得的高信噪比的小鼠血清的表面增强拉曼光谱进行了分析,对小鼠血清拉曼光谱进行了初步指认。文章首先根据银胶体粒子形貌及特性,从电磁场物理增强的角度,分析了表面增强拉曼散射中有关银胶体粒子聚集形成"热点"导致局部电场增强效应的作用机理,并依据"热点"理论的分析,认为这种新型银胶体粒子具有很强的局域电场增强效果。同时运用表面增强拉曼中"热点"的现象,解释了小鼠血清的表面增强拉曼光谱中出现的低含量成分的拉曼光谱现象。希望通过表面增强拉曼光谱,了解血清中某些低含量成分的微小变化,进而能够及时获得机体的状况。研究结果为如何获得高信噪比生物大分子的表面增强拉曼散射光谱,了解丰富的生物分子结构信息提供了一种新的方法,同时也为开拓医学上利用血清进行疾病的早期检测提供了一种分子光谱学手段。

用于染料敏化太阳能电池的D5同类物分子设计(英文)

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级提高,又可以使吸收光谱红移,从而既提高染料分子捕获太阳辐射光子的能力,又提高由染料分子的激发态向TiO2电极注入电子的驱动力.在D5分子的骨架上,对称地引入受电子基(—CF3,—F,—CN),可以使染料分子的吸收光谱强烈地红移,从而更有效地利用太阳能.由LUMO能级的提高和吸收光谱的红移来考虑,所设计的D516,D536,D537分子是比D5优秀的同类物分子,其中D516是最好的.单从吸收光谱红移来考虑,所设计的D565,D567,D568分子是比D5优秀的同类物分子,其中D565的吸收光谱有望与太阳辐射光谱更好地匹配.挑选出来的这6种D5同类物分子都是D-π-A(电子给体-共轭π桥-电子受体)结构.这几种分子的光激发引起的最高占据分子轨道(HOMOs)到LUMOs的跃迁是π-π*跃迁,是分子内电荷转移,吸收光谱是电子吸收光谱,位于近紫外-可见光区.D516和D565有望成为比D5更优秀的用于DSSC的非金属有机染料分子.

以新型银胶为衬底的超低浓度R6G的拉曼光谱检测

利用柠檬酸钠还原硝酸银的原理,提出了一种微波加热制备银胶体粒子的新方法,得到了颗粒大小较均匀的灰色银胶体。以提纯后的银胶为表面增强拉曼散射衬底,研究了超低浓度染料大分子罗丹明6G分子的表面增强拉曼散射,得到浓度分别为10-12mol/L、10-13mol/L和10-14mol/L的罗丹明6G的表面增强拉曼散射光谱,初步实现了罗丹明6G的单分子检测,证明该新型银胶衬底有非常强的表面增强拉曼活性。同时根据表面增强拉曼散射“热点”的增强机理,分析了获得超低浓度R6G的表面增强拉曼光谱的原因。

利用图像中的探针信息获取探针形貌的方法

扫描探针显微技术已在纳米甚至原子级的形貌获取中得到了广泛地应用。其分辨本领在很大程度上依赖于探针的形貌尺寸。传统的检测探针的方法大多对针尖的损伤很大或需要复杂的仪器,这就使这些方法带有一定局限性。本文提出利用扫描图像中反映的探针信息数值求解探针形貌的方法,利用探针扫描不同样品所得到的扫描图像还原探针的形貌,结果显示用此算法能够还原出原针尖的形貌。为了更好地与实际结果对比,用原子力显微镜扫描图像来验证此方法的正确性,结果显示反构造的探针形貌结果与MI公司所提供的探针尺寸吻合很好。

使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径<100nm,锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM,该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。使用锁相器解调自激振荡探针的频率,调整Z方向压电陶瓷的运动使得锁相器检测到的值维持恒定来跟踪样品的起伏。对外加激励模式和自激振荡模式进行了对比。理论分析表明,自激振荡方法减小了探针响应时间;测试试验显示,采用自激振荡模式AF/PSTM的带宽为50Hz,比外加振荡模式快一个数量级。采用改进后的仪器对光栅样品以1Hz的速度进行了扫描,扫描结果显示,采用自激振荡的方式得到的形貌和光学图像比外加激励模式更清晰,不仅响应时间更快,通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。