近场光学中的分子动力学研究以及在生物医学中的应用(摘要)

近年来 ,国际学术界正在利用光与分子间的相互作用 ,积极地展开生物学、医学诊断等领域的研究 .人们试图利用光的特性对生物分子的光机能特性进行系统的研究 ,从中掌握其规律 ,应用到生物医学和医学诊断等领域 .尤其是在对生物分子 (如生物代谢分子、免疫分子和 DNA遗传基因等 )的检测和医学诊断过程中 ,怎样有效地提高检测灵敏度、简化繁琐的操作过程始终是光学、分子生物学和生物医学等交叉学科领域中的重要课题 .“近场光学中的分子动力学研究以及在生物医学中的应用”是以光学应用为中心 ,结合物理学、化学和生物学等学科展开的基础和应用研究 .该研究以光、纳米和生物分子三者间相互作用的基础研究为背景 ,从理论和实验上论证了纳米分散系中生物分子与金属纳米粒子相互作用过程以及系统静电平衡机理和近场中分子动力学现象之间的关系 ;光与金属纳米微粒子相互作用过程中纳米近场现象以及纳米近场的能量分布规律 ;生物分子在光、纳米近场作用下的分子动力学增强散射的机理以及分子动力学增强共鸣散射的规律 .同时 ,本文提出了纳米近场中的生物医学诊断新方法 :“纳米分散系中的近红外免疫反应动力学增强分光法”、“纳米分散系中的生化学免疫反应动力学共鸣增强分光法”以及“DNA分子检测方法”     

金属纳米结构的表面等离子体光学研究获得系列进展

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（SERS）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。最近,中科院物理研究所光物理实验室李志远研究组,     

CdS／PAMAM纳米复合材料的制备及光学性能

以聚酰胺－胺（PAMAM）树形分子为模板，原位合成CdS，AMAM树形分子纳米复合材料，探索不同负载比对其性能的影响及量子点表面的功能性。通过荧光光谱技术，分析Cu^2＋和Mn^2＋重金属离子对其光致发光性能的影响，利用光学性质变化、材料分析稳定度考察其反应机制。     

纳米金与生物分子的相互作用及生物传感检测

系统地分析了纳米金与生物分子的相互作用,并从光学比色分析、荧光分析、电化学检测、质量变化检测等几个方面入手,详细介绍了纳米金在DNA检测领域中的应用。     

单个纳米颗粒的上转换光谱现象研究

稀土离子掺杂上转换纳米颗粒具有独特的光谱学特征, 在太阳能利用、三维显示和生物医学等众多领域有着广泛的应用价值。然而, 传统基于统计平均效应的上转换纳米颗粒群体性光谱学研究忽视了众多来自单个颗粒的非均一性信息。单颗粒光谱检测成为一种突破上述瓶颈, 获取源自纳米颗粒非均一性本征结构的独特光谱现象, 并实现单个纳米颗粒器件化的有效技术手段。对于单个纳米颗粒电子行为的研究能够揭示来自微结构本身的信息, 甚至能够在没有介质干扰下清晰洞见材料本征结构和外部作用的相互影响, 从而为制备高质量的纳米颗粒提供指导意义。同时, 单颗粒光谱检测也具有在微纳米尺度探索晶体结构各向异性光学特性及一些尚未预见的新型光学现象的强大能力。本文介绍了单个纳米颗粒上转换发光表征的重要性以及常见的几种检测方法。论述了单颗粒上转换发光的一些最新研究成果, 并对未来发展方向进行了展望。     

纳米多孔TiO2厚膜的制备及其汞溴红敏化光电化学性能

采用“粉末刮涂”与“化学分散”相结合的方法制备了用于染料敏化太阳电池光阳极的纳米多孔TiO2厚膜，解决了传统工艺中TiO2浆料难于制备和保存等问题，同时可对膜层微结构进行精确调控．采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等表征所得膜层的晶体结构、表面和断面形貌；采用透过光谱考察了涂覆次数、退火温度、汞溴红敏化对TiO2膜光学性质的影响，并以汞溴红敏化TiO2膜为光阳极制作了染料敏化太阳电池原型器件．结果表明，采用以稀硝酸为分散剂、低分子量聚乙二醇为结构调控剂的化学分散技术可以制得满足染料电池要求的TiO2厚膜．所得膜层致密均匀，无孔洞、缺陷以及分层现象，在纳米尺度表现出典型的纳米多孔结构特征．浆料涂覆次数、退火温度、汞溴红吸附对纳米多孔膜层的光学透过率影响显著．采用汞溴红敏化TiO2光阳极制作的染料电池原型器件具有较强的光电响应，经12-15次涂覆、500℃退火工艺制得的膜层显示出较优的电池性能（Voc-430mV，Isc-150-215μA）．     

基于玻璃毛细管制备用于生物检测的纳米孔（英文）

利用玻璃毛细管,发明了一种新型用于生物检测纳米孔的制备方法.实验表明,在玻璃毛细管内壁包埋石蜡层,通过加热玻璃微管的局部,可以拉制形成直径约50 nm的纳米孔.研究表明,制备玻璃纳米孔的关键步骤是控制吸附在内壁上的石蜡层的厚度,这直接影响纳米孔的直径.利用制备的纳米孔,我们已经成功地在实验中检测出生物分子,表明此种方法制作的玻璃纳米孔可以进行生物检测.通过这种方法可快速廉价地制作玻璃纳米孔,提供了一种替代硅技术制作纳米孔的技术.     

从第13届国际插层化合物大会看插层化合物的最新发展趋势

2005年6月5日至9日在法国克莱蒙特-弗朗市（Clermont-Ferrand）召开了第13届国际插层化合物大会（13th International Symposium on Intercalation Compounds，ISIC13），来自23个国家的170余名学者参加了此次大会，其中国内的清华大学材料系、北京化工大学可控化学反应重点实验室、武汉理工大学材料学院等10名代表参加了该次大会。大会内容涵盖了插层化合物的合成工艺、胶体化学、材料结构与材料电磁性、电化学性能、纳米材料（包括纳米粒、纳米纤维、纳米复合材料）、插层化合物的自组装技术以及生物分子的插层化合物等七个议题，包括炭材料（富勒烯、石墨、碳纳米管），过渡金属硫族化合物、金属氢氧化物、陶瓷及改性陶瓷、层状金属氧化物及氢氧化物、沸石及磷酸盐和纳米复合材料等七类材料。     

纳米纯丙胶乳制备TiO2-SiO2杂化材料的研究

用溶胶-凝胶法制得的纳米TiO2-SiO2溶胶，与纳米级的纯丙微胶乳直接共混，制备了聚丙烯酸酯／TiO2—SiO2纳米复合胶乳。用红外光谱（FT—IR）、热重分析仪（TGA）和紫外-可见光谱仪（UV—Vis）分别表征了纳米复合胶膜的化学结构及形态、热学和光学性能。实验证实，该纳米杂化材料具有优异的紫外线屏蔽作用和热稳定性。     

探索加快推动纳米科技应用的方法和思路

1 引言 纳米科技是指在纳米尺度（1到100纳米之间）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用（主要是量子特性）,以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科技成果拥有科技成果的特征和纳米科技的特点。     

纳米光谱助力生物分子追踪

华东理工大学研究人员利用自主搭建的多通道光谱仪器观测到单个纳米粒子的光学信号，并通过将单粒子光谱技术与多种调控手段相结合，成功在线监测到单个金、银、铜纳米粒子的生长过程，同时将其应用于生物分子的实时追踪。相关成果已被德国《应用化学》杂志以“热门文章”接收，将在2012年首期杂志以内封面形式发表。     

扫描探针显微镜(SPM)对纳米技术发展的推动作用

光学显微镜可以观察肉眼看不到的生物细胞,电子显微镜的发明,进一步看到了细胞内部的结构。但这些都是在微米尺度上的观察。20世纪80年代发明了扫描隧道显微镜(SPM),使人类的观察视野进入到了纳米层次,可以看到构成物质的分子和原子。     

掺杂型ZnS纳米晶的发光性质及其在生物检测方面的研究进展

主要围绕ZnS纳米晶的制备、掺杂和表面修饰剂所引起的光学性质以及生物分子检测等问题展开了一系列的讨论。由于纳米晶体表面晶面的定向生长,控制着纳米晶形貌的变化,因此综述了多种制备纳米晶的方法。系统总结了对纳米晶进行掺杂而引起了本征发射波长的变化,并对其进行表面修饰从而达到改变其荧光性质的目的。国内外研究表明,对纳米晶进行表面修饰,可以利用表面修饰制备出量子产率高,易于生物分子偶联的水溶性的掺杂型ZnS纳米晶,因此可在生物标记、示踪、检测等多个领域发挥重要的作用,为在生物医学领域中的应用奠定基础,最后展望了ZnS纳米晶未来的发展前景。     

自偏压对含氢非晶碳膜光学特性的影响

利用射频等离子体增强化学气相沉积（RFPECVD）方法，以CH4、Ar和H2为气源，在CR-39树脂材料上制备出了含氢非晶碳膜（a-C：H膜）。研究了不同偏压对a-C：H膜生长过程和光学特性的影响。使用激光拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对样品的结构和成分进行了表征，分别使用纳米压痕仪和紫外-可见光分光光度计测试了样品的机械和光学特性。结果表明，自偏压对a-C：H膜的生长具有重要影响。随着自偏压的升高，所沉积a-C：H膜中的sp^3含量降低，薄膜的硬度和光学透过率也下降。     

不同壳层的CdS／ZnS核／壳结构量子点的温度相关荧光性质

报导了CdS／ZnS纳米晶体（NCs）的制备过程和其光学}生质。通过采用连续离子层吸附和反应技术（SILAR）,我们用少量的表面活性剂合成了不同壳层的四个样品,包括CdS核纳米晶以及具有1～3层ZnS壳的CdS／ZnS核／壳结构纳米晶体样品。发现具有一层ZnS壳的CdS／ZnS样品的荧光量子产率大约比未包覆壳层的CdS纳米晶体样品的强11倍。另外,随着壳层的增加（增至两到三层）,荧光量子产率呈现下降的趋势。对样品进行了温度相关的光谱测量,发现CdS／ZnS和CdS一样具有特殊的光学特性。     

硅烷偶联剂对纳米二氧化钛表面改性的研究

利用硅烷偶联剂（KH-570）对表面包覆氧化硅的金红石相纳米TiO2进行了有机表面改性．采用红外光谱（IR）、X射线光电子能谱（XPS）、热分析（TG-DTA）、透射电镜（TEM）和润湿性实验等分析手段对表面改性前后的纳米TiO2进行了表征．红外光谱和X射线光电子能谱表明，KH-570以化学键合的方式结合在纳米TiO2的表面，并形成了有机包覆层．经测量，纳米TiO2表面包覆的KH-570的质量分数约为7．42％-8．59％．润湿性实验显示，经KH-570表面改性的纳米TiO2具有疏水性．力学性能实验表明，经KH-570表面改性的纳米TiO2能同时提高复合材料的强度和韧性．     

超薄有机功能膜和纳米尺度的分子组装技术

Langmuir—Blodgett方法是制作纳米厚度的超薄有机功能膜和高分子功能膜的重要手段。近代研究表明,膜的特性受到分子组份和在二维表面内分子组装有序化程度的影响。纳米尺度的有机分子组装体和有机—无机复合材料中所呈现的电学和光学性质,使它在微电子学、非线性光学、微刻蚀和纳米加工等高技术领域中有应用前景。     

核壳结构CdS：Mn/ZnS纳米晶的制备与光学性能研究

以3-巯基丙酸为稳定剂,采用共沉淀法在水相中合成了CdS∶Mn掺杂纳米晶,然后进一步将ZnS包覆于CdS∶Mn纳米晶表面,制备了CdS∶Mn/ZnS核壳结构纳米晶。利用X射线衍射（XRD）,透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）对纳米晶的结构、形貌和光学性质进行了表征,发现制备的纳米晶具有优秀的单分散性,确认合成了CdS∶Mn/ZnS核壳结构纳米晶。通过荧光光谱（PL）研究了纳米晶的发光性质和光稳定性,结果表明包覆壳层后纳米晶的发光强度显著提高,最高可达8倍,且Mn2＋离子的发光峰峰位置随着ZnS壳层数的增加而红移。此外,核壳纳米晶的光稳定性大大提高。     

新型多元配合物Ni2（NO3）4（APTY）4的结构表征及其纳米化计算

以合成的新型配合物Ni2（NO3）4（APTY）4晶体结构表征结果为基础，运用晶体化学和纳米科技的基本原理，对Ni2（NO3）4（APTY）4的纳米化进行了研究。通过对该配合物不同纳米尺度微粒的晶胞数、原子数、表面原子数及其比例的计算，分析讨论了微粒纳米尺度变化与结构稳定性、化学活性的相关关系，预测了该微粒的最小及最佳纳米尺度。     

拥有纳米精确度的分子打印机出炉

加拿大Toronto大学光学研究所（IOS）的学生和老师研究出第一台分子打印机“Nano eNabler”。这种打印机通过将蛋白质、DNA、抗体等生物分子溶液输送到尖端来在不同物质表面放置小点样本。这能让他们以纳米级的精确度在不同表面放置生物物料的微细样本。研制人员谈到：“过去如果需要一组分子，必须在硅片上描绘出设计，将它暴露在光下，然后进行蚀刻。这耗费大量的时间和经费。但是分子打印机使这一切变的非常容易。”