纳米金修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射

研究了纳米金粒子修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射性能.通过FDTD理论模拟仿真了不同粒径纳米金颗粒的场强分布;并采用化学还原的方法制备出直径分别为20、40和60 nm三种不同粒径的金颗粒,然后将纳米金粒子修饰到有序定向的碳纳米管阵列表面,并将该结构作为表面增强拉曼基底.FDTD软件仿真结果表明,60 nm粒径的纳米金颗粒周围场强分布最强,是入射场场强的15倍.同时将罗丹明6G溶液用于测试几组不同尺寸的金颗粒对拉曼散射光强的影响,发现60 nm金颗粒对R6G拉曼信号增强最大.FDTD理论模拟仿真和罗丹明6G溶液实验测试结果表明:金颗粒尺寸在20～60 nm内,颗粒尺寸越大,拉曼散射光的光强越大.     

不同尺寸金纳米颗粒的制备及其SERS性能

为了研究不同尺寸的金纳米颗粒作为表面增强喇曼散射(SERS)活性基底对表面增强喇曼光谱的影响,采用氯金酸作为金源,柠檬酸三钠作为还原剂及保护剂,通过控制柠檬酸三钠的加入量合成了不同尺寸的金纳米颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-vis)等技术对金纳米颗粒进行了性质表征。利用喇曼光谱仪,以罗丹明B作为被检测探针,研究了三种不同尺寸的金纳米颗粒(20、50和100 nm)喇曼增强效果。通过喇曼光谱图发现20和50 nm的金纳米颗粒具有较好的SERS效果。随后以20 nm的金纳米颗粒为SERS活性基底,对表面增强喇曼光谱检测罗丹明B的检测限进行了研究,可以使罗丹明检测限灵敏度达到10-9 mol/L。     

聚乙二醇稳定的单分散超小金纳米颗粒的制备与表征

本实验采用制备金纳米颗粒的Schiffrin-Brust经典方法的思路,利用不同分子量的巯基化聚乙二醇作为稳定剂,硼氢化钠作为还原剂,在水相溶液中探索制备了超小尺寸金纳米颗粒.通过透射电镜观察和粒径统计分析可知制备得到的金纳米颗粒尺寸均一,单分散性良好.该制备方法简单,得到的超小金纳米颗粒稳定性良好,为生物医药领域的相关研究及应用提供了新的材料和模型.     

不同尺寸金纳米颗粒在小鼠胚胎干细胞胚状体中富集和分布的研究

随着金纳米材料相关生物医学应用的不断深入,其生物学效应研究备受关注。金纳米材料对胚胎发育的影响,是其生物学效应的重要研究内容。本研究中制备了2 nm、15 nm、50 nm三种具有统一表面修饰的金纳米颗粒,利用透射电子显微镜和电感耦合等离子体质谱仪等多种方法,定性、定量地观察不同尺寸的金纳米颗粒在小鼠胚胎干细胞胚状体中的分布和富集情况。结果显示,2 nm、15 nm、50 nm三种金颗粒的富集情况分别为(38.02±2.01)ng/105cells、(34.27±3.42)ng/105cells以及(1 435.97±65.33)ng/105cells,而且在细胞内的分布区域不尽相同。说明金纳米颗粒在小鼠胚胎干细胞胚状体中的累积量与其尺寸相关,不同尺寸的金颗粒显示出不同的胞内分布。这一发现将有助于进一步阐明金纳米颗粒的尺寸效应对胚胎干细胞分化、发育过程的影响。     

直流溅射法制备SnO_2纳米颗粒的机理及工艺研究

采用直流溅射法成功制备出了SnO_2纳米颗粒,分析了SnO_2纳米颗粒的形成机理,研究了不同溅射时间、不同衬底材质对SnO_2纳米颗粒形成的影响规律。结果表明,溅射时间对SnO_2纳米颗粒的尺寸有显著影响。随溅射时间延长,颗粒尺寸呈线性增长,从约20 nm(1 min)增长到约80 nm(10 min)。衬底材质则对SnO_2纳米颗粒的形态及分布有显著影响。对比单晶硅、载玻片、喷金载玻片三种不同衬底材质,发现以单晶硅为衬底的纳米颗粒分布均匀,而以载玻片为衬底的纳米颗粒分布不均,并且随溅射时间延长,以载玻片为衬底的纳米颗粒发生团聚生长,颗粒粗大。载玻片衬底喷金处理后可使纳米颗粒的形貌及分布得到改善。     

低功率密度激光合成金刚石的相变机制

为了延长激光法合成纳米金刚石的有效作用时间从而提高合成效率,提出采用功率密度低、脉宽长的毫秒脉冲激光照射循环水介质中石墨颗粒合成纳米金刚石的新工艺。高分辨透射电镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)分析结果表明,产物中含大量具有球形单晶体结构或五重孪晶结构的金刚石颗粒(平均颗粒尺寸约为5 nm)。通过对纳米金刚石微观组织结构的分析以及理论计算测算出低功率密度(106W.cm-2)毫秒脉冲激光照射时石墨颗粒表面可达到最高温度5300 K,认为该功率密度毫秒脉冲激光照射石墨颗粒时,不能产生碳等离子体,只能使石墨颗粒熔融,得到液态碳。因此生成纳米金刚石的相变机制为:激光脉冲开始时,石墨颗粒吸收激光能量快速升温并达到熔融状态,激光脉冲过后,碳液滴迅速冷却,金刚石形核并长大得到纳米晶。     

修饰不同金纳米颗粒的极大角倾斜光纤光栅折射率传感特性研究

研究了分别使用大尺寸金纳米壳与星型金纳米颗粒修饰极大角倾斜光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(LSPR)传感器,实验对比了这两种ExTFG-LSPR传感器的折射率传感特性。实验结果表明:修饰星型金纳米颗粒的ExTFG传感器,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约15.52和12.8nm/RIU,但共振吸收效应不明显;而修饰大尺寸金纳米壳的ExTFG传感器,在大尺寸金纳米壳的LSPR作用下,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约31.1和26.99nm/RIU,同时,TM与TE模在C-L波段表现出强烈的共振吸收,基于归一化强度变化的折射率灵敏度分别约为185.18%/RIU和251.83%/RIU。     

纳米薄膜基底对表面增强拉曼光谱检测环丙沙星的影响

基于金纳米颗粒薄膜基底和金纳米棒薄膜基底,使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对环丙沙星（CIP）的含量进行了分析检测,为食品中CIP残留检测提供了新方法。通过使用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米颗粒胶体,以及通过晶种生长法制备金纳米棒胶体,以应用于SERS增强基底。通过不同激发光波长对CIP进行SERS检测,确定了最佳激光波长为780 nm。使用校正集CIP标准溶液,建立CIP浓度-SERS信号强度的工作曲线,使用检验集样本观察工作曲线的预测能力。结果表明：使用金纳米颗粒基底进行CIP的SERS检测,回收率在97.1%～105.0%;使用金纳米棒基底进行SERS检测,回收率在96.3%～121.8%。因此,SERS在检测CIP抗生素领域具有高灵敏度、快速检测等优势。     

一种新型空心镍纳米球的合成及其性能

以二氧化硅颗粒作为模板、金纳米颗粒作为表面晶种的方法制备了壳厚度可控的镍空心球。得到的空心镍纳米球是由似针状的面心立方的镍纳米颗粒构成的,碱溶液处理过程不影响镍纳米壳的形貌。高温处理显示镍空心球具有良好的热稳定性。研究了镍空心球电催化氧化甲醇和乙醇的活性,结果显示在碱性溶液中镍空心球是一种非常高效的甲醇和乙醇电催化氧化剂。     

具有窄带透明窗口的金属纳米颗粒流体吸收器北大核心

为了解决金纳米颗粒在构建金属流体时存在的紫外-蓝光波段吸收较弱的问题,提出可采用由种子生长法制备的金核银壳纳米棒,该结构可将金纳米棒的局域表面等离激元共振（LSPR）移向紫外-蓝光波段,在有效增强这一波段光吸收的同时,不会影响透明窗口的透射率。实验结果表明,这种由不同尺寸的金纳米棒和金核银壳纳米棒所构成的胶体溶液,能够使紫外-蓝光波段透射率降低到1%以下,在30-1 100 nm光谱范围内实现了较好的宽带吸收,同时在中心波长730 nm附近获得了一个透明窗口,其带宽约为150 nm,透射率大于40%。这种由贵金属纳米颗粒胶体溶液所构成的具有窄带透明窗口的流体吸收器的制备方法相对简单,有望用于太阳电池、传感等领域。     

金纳米颗粒增强富硅氮化硅发光特性的研究

采用时域有限差分(FDTD)方法,对Au纳米颗粒的尺寸和形貌对于其光学特性的影响进行了系统的理论研究。通过采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、晶化处理、电子束蒸发和高温退火等工艺,制备基于局域表面等离子共振(LSPR)效应的富硅氮化硅发光芯片。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、奥林巴斯显微镜等对不同结构Au纳米颗粒富硅氮化硅发光器件的特性进行了表征。研究表明,通过对Au纳米颗粒的大小、形状和分布合理优化,富硅氮化硅芯片的发光强度在570nm波长附近提升了7倍,增强峰的位置红移了10nm。     

基于金纳米颗粒的激光钛合金表面处理研究

钛合金的表面质量直接决定了种植体的成活率。针对传统表面处理方法带来的问题,文中基于时域有限差分法,提出了一种基于直径200 nm金颗粒的钛合金表面激光处理方法,研究了激光参数对钛合金表面光场分布的影响规律。仿真结果表明,由200 nm金纳米颗粒激发的近场增强分布区域为环形;增强倍数超过了6 500倍;通过改变入射光的角度可以进一步提高增强倍数;而背景折射率对金纳米颗粒激发的近场增强效果影响微小,能够在多种介质中进行表面处理。     

金纳米颗粒介导的细胞光穿孔表征方法

提出了一种新的表征方法--膜电位测量。膜电位恢复时间与膜穿孔尺寸相对应,因此建立起细胞膜穿孔尺寸的大小与激光能量阈值之间的关系,可为准确地向细胞内递送不同分子量的外源物质提供理论支持。将金纳米颗粒与胃癌细胞共同培养,在保证细胞不受金纳米颗粒毒性影响的前提下,选择不同能量纳秒脉冲激光照射共孵育后的胃癌细胞,并采用碘化丙啶(PI)和钙黄绿素乙酰甲酯(Calcein-AM)对穿孔后的细胞进行染色验证。结果发现:当加入直径为100 nm的金纳米颗粒,其数量与细胞数比为400\:1,激光能量密度在20 mJ/cm^2时,可以在保证细胞活性的前提下成功实现532 nm脉冲激光的细胞膜穿孔;在穿孔条件下,采用光标测技术测量细胞膜电位,发现细胞膜电位先增加后复原,最大增量为50 mV,恢复时间为250 s。膜电位结果再次验证,光穿孔造成的细胞膜损伤是可以恢复的,而且可以用膜电位变化来表征。     

3-D FDTD Analysis of Gold-Nanoparticle-Based Photonic Crystal on Slab Waveguide

In this paper, metallic photonic crystals (PC) based on 2-D periodic arrays of gold nanoparticles were investigated on indium tin oxide slab waveguides using 3-D finite-difference time domain simulations with nonuniform mesh techniques. The PC effects were studied by changing the lattice constants from 300 to 500 nm. The results obtained indicate that the waveguide-excited plasmon absorption peak of periodic array of gold nanoparticles is tunable from 672 to 707 nm due to the second grating order propagating backward at the grazing angle. The nanoparticle-induced extinction of the waveguide mode was also investigated by varying the slab thickness from 100 to 375 nm. The results show that the extinction peak shifts from 650 to 705 nm. The theoretical results predict that the interactions of the periodic array of gold nanoparticles are strongly affected by the dispersion of the waveguide.      

基于介电泳机理的金纳米颗粒传感器装配方法

研究了一种基于介电泳机理的金纳米颗粒传感器装配方法。在分析介电泳工作原理的基础上,利用Comsol Multiphysics仿真软件,对平面微电极条件下所产生的空间电场进行了建模仿真,研究了金纳米粒子极化模型及相关介电泳频谱特性。设计加工了基于光刻标准工艺和引线键合技术的平面微电极阵列,构建了具有三维位移平台和视频监控装置的介电泳装配实验平台。以250nm金颗粒为实验对象,在理论分析基础上,完成了在微电极阵列上的介电泳组装实验研究,并通过电特性测量验证了组装结果。实验结果表明:金纳米颗粒的介电泳组装效果与介质溶液的电导率、电场频率和幅度、金纳米粒子浓度、电极间隙及作用时间有关,在适宜的条件下,采用介电泳技术可实现对金纳米颗粒的有效操控和纳米器件装配,该方法为纳米传感器的制造提供了一种有效途径。     

Reactive Template Method to Synthesize Gold Nanoparticles with Controllable Size and Morphology Supported on Shells of Polymer Hollow Microspheres and Their Application for Aerobic Alcohol Oxidation in Water

A novel method has been developed to synthesize gold nanoparticles with tunable size and morphology supported on both inner and outer surfaces of poly(o‐phenylenediamine) (PoPD) hollow microspheres, which act as both reductant and template/stabilizer. The size of gold nanoparticles supported on shells of PoPD hollow microspheres can be tuned from 3 to 15 nm by changing the concentration of the gold source, HAuCl₄. Gold nanorods supported on shells of PoPD hollow microspheres can also be fabricated by introducing a well‐known seed‐growth strategy. In addition, silver nanoparticles supported on shells of PoPD hollow microspheres can also be successfully fabricated using the same strategy, which indicates the diversity of this proposed method for polymer hollow microspheres supporting noble metal nanoparticles. The products are characterized by X‐ray diffraction and contact angle analysis. Furthermore, the catalytic activity of the obtained PoPD‐microsphere‐supported gold nanoparticles for aerobic alcohol oxidation is investigated. The results demonstrate that such polymer‐supported gold nanoparticles can be used as reusable catalysts with high catalytic activity for aerobic alcohol oxidation in water.     

原位形成的金纳米颗粒对溶菌酶结构的影响

在溶菌酶水溶液中,用NaBH4原位还原HAuCl4得到了溶菌酶稳定的金纳米颗粒。这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒具有亲水性、生物兼容性以及良好的溶胶稳定性。紫外-可见光谱、透射电子显微镜以及动态光散射实验对所得产物的表征结果说明实验中形成了分散性良好的直径约2 nm的金纳米颗粒。傅里叶变换红外光谱和圆二色谱实验表明,与金纳米颗粒作用之后的溶菌酶分子仍然保持了结构的完整性,金纳米颗粒的形成没有对蛋白质的一级和二级结构造成影响。基于其良好的溶胶稳定性及生物兼容性,这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒在纳米科技和生物医学领域具有潜在的应用价值。     

自组装法制备Au纳米结构衬底及其表面增强荧光效应研究

采用自组装方法,在(APS)分子修饰后的玻璃衬底 表面,制备得 到Au纳米结构衬底。采取激光光谱学方法,研究所制备衬底对沉积其表面的Rhodamine 6G(R h6G) 分子的荧光辐射增强效应。实验发现,利用自组装方法制备的Au纳米结构衬底具有较强的荧 光增 强特性。理论分析表明,制备的Au纳米结构在外光场激发下,所形成的强局部电磁场分布 能够有效提升探针分子的电子跃迁速率,从而实现增强荧光效应。     

One‐Pot Synthesis of Au25(SG)18 2‐ and 4‐nm Gold Nanoparticles and Comparison of Their Size‐Dependent Properties

A one‐pot synthesis of glutathione (denoted as ‐SG) capped gold nanoparticles, including Au₂₅(SG)₁₈ (ca. 1 nm in diameter) 2‐ and 4‐nm particles is reported. These nanoparticles are isolated by methanol‐induced precipitation with a controlled amount of added methanol. Except for their particle size, these nanoparticles have an identical chemical composition (i.e., gold and ‐SG content), synthetic history, and surface conditions, which allows for precise comparison of their size‐dependent properties, in particular the magnetic property as this could be attributed to contamination by trace iron impurities. Specifically, the structure, optical, and magnetic properties of these gold nanoparticles are compared. A trend from non‐fcc (fcc = face centered cubic) Au₂₅(SG)₁₈ nanoclusters (ca. 1 nm) to 2‐ and 4‐nm fcc‐crystalline Au nanocrystals is revealed. The Au₂₅(SG)₁₈ nanoparticles resemble molecules and exhibit multiple optical absorption peaks ascribed to one‐electron transitions, whereas the 4‐nm nanoparticles exhibit surface plasmon resonance at around 520 nm related to the collective excitation of conduction electrons upon optical excitation. The transition from the non‐fcc cluster state to the fcc crystalline state occurs at around 2 nm. Interestingly, both 2‐ and 4‐nm particles exhibit paramagnetism, whereas the Au₂₅(SG)₁₈ (anionic) clusters are diamagnetic. The information attained on the evolution of the properties of nanoparticles from nanoclusters to fcc‐structured nanocrystals is of major importance and provides insight into structure—property relationships.     

胶体金纳米粒子及其蛋白标记物在电场中的泳动行为研究

采用柠檬酸钠还原法制备了3种不同粒径的胶体金纳米粒子,分别用于与蛋白质分子标记。同时以琼脂糖凝胶为支持介质,观察其在电场条件下的泳动行为特征,并进行对比研究。结果表明,在特定电场条件下,胶体金纳米粒子愈小,其泳动速度愈快,但呈现弥散状分布特征。当胶体金颗粒包敷蛋白分子后即可得到很好的分离,且随标记的蛋白质分子不同而存在很大程度的差异,其在琼脂糖凝胶中的泳动速度依次为BSA,SPA,rhCaM和GAHIgG-γ球蛋白分子。该工作为研究特定生物结构分离、配体分子检测及微器件制作方面提供了新的思路。