银凭借其独特的性能, 在医疗材料、 摄影、 电子、 成像等行业中应用广泛。 然而, 银离子被列为最具毒性的重金属离子之一, 会对环境以及人类的生命健康造成严重威胁。 为了灵敏、 特异性的检测水环境中的银离子浓度, 利用纳米金的优良光学猝灭性以及双链核酸适体捕获银离子能力更强的优点, 结合荧光能量共振转移原理, 提出一种用于检测水环境中银离子浓度的荧光适体传感器。 将修饰SH键的核酸适体与纳米金混合形成稳定的纳米结构, 并加入标记有FAM的核酸适体, 形成检测银离子浓度的工作溶液。 当不存在银离子时由于不匹配碱基C—C之间的排斥力导致两条核酸适体不结合, 反应体系中具有较强的荧光; 当存在银离子时, 双链核酸适体中不匹配的C—C能与银离子通过金属离子-碱基的相互作用形成稳定的C—Ag+—C碱基对, 这种复合结构的产生会拉近纳米金和荧光基团之间的距离, 使得荧光信号随着银离子浓度的增加而逐渐减弱。 根据加入银离子前后荧光强度的变化可实现银离子浓度的检测。 同时, 为了提高传感器的灵敏性和稳定性, 实验优化了工作溶液中纳米金与核酸适体的浓度比、 氯化钠浓度、 缓冲液的pH以及培养温度等参数。 结果表明, 当浓度为0.012 5 g·L-1的纳米金与5 μmol·L-1核酸适体的体积比为5∶1, NaCl浓度为260 mmol·L-1, 缓冲液pH 7, 培养温度为30 ℃时, 工作溶液初始荧光强度最强, 银离子检出限为10 nmol·L-1, 相关系数为R2=0.99。 此外, 该传感器对银离子的浓度检测表现出较好的特异性, 且具有操作简单、 灵敏和不引入有毒溶剂等优点, 在水环境中的银离子浓度检测领域有较好的应用前景。

氟氧化物兼有氧化物优异的稳定性和氟化物的低声子能量, 是上转换发光材料的一种热点基质材料, 因而研究六方相LaOF∶Er,Yb的上转换发光性能及其温度特性具有重要意义。本文采用水热法制备了六方相LaOF∶Er,Yb荧光材料, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱对其结构和上转换荧光性能进行表征。实验结果表明, 水热法120 ℃得到六方相LaF3, 经800 ℃和1 000 ℃退火后分别形成四方相LaOF和六方相LaOF。980 nm激发下, 六方相LaOF∶Er,Yb中Yb3+与Er3+存在能量传递, 通过双光子吸收产生绿光和红光的上转换荧光, 并且Yb3+与Er3+的最佳浓度分别为3%和1%。最后研究了六方相LaOF∶Er,Yb在温度传感方面的应用, 其在150~400 K温度范围的相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.037 K-1和0.004 3 K-1。该材料具有优异的温度传感特性, 对荧光温度传感器件的设计和应用具有指导意义。

利用贵金属纳米颗粒独特的物理特性, 设计具有信号放大功能的荧光适体传感器用于多巴胺的浓度检测。基于金属荧光增强效应通过在金纳米颗粒与荧光基团之间添加隔离层的手段实现荧光信号放大。将化学修饰了SH键的核酸适体与金纳米颗粒溶液混合, 形成稳定的Au-S键结构并与标记荧光基团的DNA互补链利用碱基互补配对原则结合。然后, 通过调节所设计的核酸适体5′所添加的碱基A的数量, 从而调节荧光基团与金纳米颗粒表面的距离。同时, 优化核酸适体与金纳米颗粒之间的浓度比以及所处的反应环境的pH值, 获得最佳的放大效率。最后对不同浓度的多巴胺进行测试。实验结果表明: 金纳米颗粒溶液与核酸适体在一定的浓度比之下, 在隔离层厚度为27个碱基A时, 最大的荧光增强倍数为2.35。多巴胺浓度检测的线性范围为20~100 nmol/L, 最低检测限为20 nmol/L。该传感器可以在纳米级有效调控隔离层厚度, 提供了一种稳定的信号放大策略。

超声法制备碳量子点过程简单, 成本低廉, 不易产生二次污染, 应用前景广泛。 为优化超声法制备碳量子点的各工艺参数, 制备了关键工艺参数不同的碳量子点样品, 测试其发射与激发光谱, 分析了量子点浓度, 溶剂种类, 辅助剂种类、 浓度, 超声功率、 时间等参数对碳量子点发光性能影响。 结果表明超声法制备的碳量子点具有激发光波长依赖性, 发射峰位置随激发波长的变化而发生明显改变; 碳量子点浓度增加, 发光强度由于非辐射能量传递和团聚作用, 先增大后减小; 由于溶剂效应, 碳量子点在乙醇中比在水中发光强度更强, 波长更短, 且浓度越大时波峰移动越明显; 相比盐酸, 以NaOH为辅助剂制备的碳量子点表面钝化程度高, 发光强度强; 增加辅助剂NaOH浓度可提高量子点表面钝化程度, 增大发光强度; 同等时间下增加超声功率或同等功率下适量增加超声时间, 可制备更多的碳量子点样品, 但超声时间过长, 碳量子点容易发生团聚猝灭现象。 以上影响因素分析为超声法制备碳量子点的工艺参数优化提供了理论基础, 有利于碳量子点大规模低成本的生产应用。

基于荧光共振能量转移的原理，以修饰于核酸适体上的FAM作为能量供体，以氧化石墨烯作为能量受体，构建了荧光适体传感器，分别对不同浓度的胰岛素和多巴胺进行检测.结果表明，胰岛素的线性检测范围为0.05~10 μmol/L，多巴胺的线性检测范围为1~500 μmol/L，当胰岛素和多巴胺检测浓度相同时，胰岛素检测信号远强于多巴胺.对胰岛素和多巴胺分别进行特异性实验，发现该传感器对胰岛素和多巴胺有较强的特异性.说明基于荧光共振能量转移的核酸适体传感器不仅可实现多种物质的微量检测，还具有较强的选择性，在生物和医药检测领域应用前景广阔.

采用等离子体增强化学气相沉积和后退火的方法制备了纳米锗/氮化硅(nc-Ge/SiNx)多层薄膜。借助Raman光谱仪对其微结构进行表征, 测得样品的晶化率大于46%。由样品的光吸收谱可知, nc-Ge的尺寸越小, 其光学带隙越大。利用Z扫描技术对样品的非线性光学特性进行研究, 以波长为1 064 nm、脉宽为25 ps的锁模激光作为激发光, 测得样品的非线性折射率系数在10-10 cm2/W数量级。实验结果表明, 通过改变nc-Ge的尺寸可以使材料的非线性光学折射率由自散焦转变为自聚焦特性, 而负的非线性折射率系数可归因于两步吸收产生的自由载流子散射效应。当激发光强增大时, 在锗层厚度为6 nm的多层膜中同时存在两步吸收过程和饱和吸收过程。两种非线性光学吸收过程之间的竞争是样品呈现不同非线性光学特性的主要原因。

以修饰有荧光基团(FAM)的多巴胺核酸适体作为识别元件, 氧化石墨烯为猝灭剂, 构建了光学适体传感器用于检测多巴胺。通过π-π堆积作用力, 氧化石墨烯以共振方式把核酸适体上FAM能量转移到其表面, 荧光信号消失; 加入多巴胺后荧光恢复, 荧光强度恢复的大小与多巴胺浓度呈正相关关系。实验优化结果表明, 在反应时间5 min和10 μg/mL氧化石墨烯条件下, 氧化石墨烯可以达到对FAM的最高猝灭效率; 25 min孵育后, 多巴胺恢复荧光强度达到稳定; 传感器线性检测范围为1～500 μmol/L, 检测限达到1 μmol/L。所制备传感器具有检测范围宽、检测速度快、特异性强以及检测成本低等优点。

针对病原体快速且高灵敏度和特异性检测的需求，将磁免疫技术与三磷酸腺苷(ATP)生物发光原理结合，提出一种新的致病菌检测方法。首先，采用磁性纳米粒子与特异性抗体结合制备免疫磁性纳米探针，特异性捕获目标物。然后，采用ATP生物发光技术对捕获的病原体裂解并检测，根据光强测量目标物浓度。以大肠杆菌（O157H7）作为检测对象，在细菌浓度为10~108 CFU/mL（CFU为菌落形成单位）范围内，该方法与传统培养法线性相关系数为0.943，总测试时间为2 h。对样品重复测量12次，精密度达到4.88%，具有较好的重复性。