基于化学交联法和静电吸附法，制备了一种基于氧化石墨烯（GO）-金纳米颗粒（AuNPs）-葡萄糖氧化酶（GOD）的新型比色葡萄糖生物传感器。GOD会催化葡萄糖氧化生成H₂O₂，生成的H₂O₂进一步诱导GO-AuNPs局部表面等离子体共振（LSPR）带的变化，从而实现葡萄糖的检测。GO改善了复合颗粒的稳定性，降低了金属颗粒的生物毒性，还改善了传感器的响应。通过透射电子显微镜（TEM），拉曼光谱和紫外可见分光光度计分别对复合颗粒的微观结构和光学性质进行了表征，并系统地研究了传感器的最佳检测条件，使开发的比色传感器对葡萄糖质量浓度具有高灵敏度和高选择性，并实测到传感器的灵敏度为14 nm/（mg/mL），范围为0~1.6 mg/mL，可用于实际检测。这项工作结合了GO和AuNPs的优势，显示了在葡萄糖检测领域简单，稳定和具有成本效益的应用前景。

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10 7。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。

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。

为了分析和研究激光聚焦位置对金纳米颗粒光致超声信号的影响,采用超声探测器探测超声的同时,利用CCD观测溶液状态。结果表明,当激光脉冲聚焦在比色皿中间时,产生的光声信号为悬浮在溶液中的金纳米颗粒在激光作用下的超声信号；当激光聚焦在比色皿内壁和溶液交界面时,金纳米颗粒光声信号持续时间增加并且变得杂乱,此时,如果超声信号出现周期性振荡,金纳米颗粒溶液从激光聚焦点开始,沿激光方向发生高速流动。此研究对开辟新的微流控研究领域有一定参考意义。

研究了金纳米颗粒局域表面等离激元共振耦合效应, 并实现了砷化镓薄膜的近场发光增强.通过理论计算金纳米颗粒的吸收光谱及电场分布, 分析金属纳米颗粒形貌尺寸的改变对等离激元共振频率调控及局域场增强效果的影响, 模拟半径为50 nm的金颗粒并实现了35倍近场增强效果.通过对双球型的模拟, 分析了一种金纳米颗粒增强GaAs的积极方式, 即密集颗粒之间的近场耦合形成的“hotspots”.此外, 研究了不同溅射时间及快速退火对金纳米颗粒吸收特性的影响, 发现金纳米颗粒吸收峰位主要位于560~680 nm波段, 而且随着溅射时间的增加发生红移现象.经过快速退火处理后, 金纳米颗粒吸收峰位蓝移到510~550 nm波段, 形成与532 nm激发波长相匹配的共振吸收峰.最后, 实现砷化镓薄膜9.6倍的光致发光增强.

面对日益严峻的能源和环境问题,人们对可再生能源的需求日益增强。本文通过以金为核的二元及三元纳米粒子,设计了一种表面等离子体共振(surface plasmonic resonance,SPR)增强的光电催化剂。其中,金核通过SPR效应在光照下产生光热效应及光电效应,提高了材料的催化活性。光照条件下纳米粒子表面的局域热点温度可以通过4-甲氧基异腈苯探针分子利用表面增强拉曼光谱得到。同时利用对氨基苯硫酚(PATP)探针分子证实SPR产生的光电催化效应。最重要的是,通过定量计算得到了光热效应及光电效应在SPR增强的光电催化性能各自的贡献。这些结果为表面等离子体共振协助增强的光电催化反应提供理论依据,并为新型光电催化材料提供了新的设计思路。

采用纳米结构是提高有机发光二极管(OLED)出光效率(LEE)的主要方法之一。当纳米结构位于有机层和氧化铟锡(ITO)阳极之间时,可以起到引导模式的重叠、增强散射、提高OLED出光效率的目的。采用金薄膜退火和湿法刻蚀技术在ITO玻璃片上制备随机分布的纳米图形用于橙光OLED器件,研究了纳米图形对器件发光性能的影响因素,同时制作了无纳米图形的标准OLED 器件作为对比。实验结果表明,当金薄膜厚度为10 nm,退火温度为570 ℃,退火时间为240 s,刻蚀深度为30 nm时,与无纳米图形的OLED相比,有纳米图形的OLED的亮度提高17%,电流效率提高34%,功率效率提高32%,外量子效率提高35%,证明纳米图形可以显著地提高OLED器件的出光效率。

纳米技术的不断发展需要更强大的纳米粒子表征技术。 单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)是近年来发展起来的纳米粒子检测新技术, 能够快速的向研究人员提供关于纳米粒子尺寸、 尺寸分布、 粒子数目浓度和元素组成等信息, 而且对样品干扰小。 本工作探讨了SP-ICP-MS检测技术中影响金纳米粒子(Gold nanoparticles, AuNPs)测定的因素: 包括仪器参数的优化, 如驻留时间(Dwell time); 样品基质的影响, 包括含盐、 含碳基质; 以及溶液中溶解的被分析元素等。 测得仪器对金纳米粒子的检测限是23 nm。 通过加标回收的方式, 测定了实际水样太湖水、 东丽湖水中金纳米粒子, 加标回收率分别为97.7%和84.4%。 最后, 对SP-ICP-MS纳米粒子检测的现存问题进行了几点思考。

利用羧基修饰的CdSe量子点与氨基包覆的金纳米粒子之间的静电相互作用构建了金纳米粒子/CdSe量子点荧光共振能量转移(FRET)体系，研究了CdSe量子点与Au纳米粒子间距变化下该体系的荧光变化。结果表明，相互作用荧光强度和FRET效率均随间距的增大而减小，此变化规律与Frster能量共振转移理论给出的一致。

为实时检测活细胞中乳腺癌易感基因1（BRCA1）的信使核糖核酸（mRNA)的表达量，设计并成功制备出一种新型金纳米荧光分子信标。 研究了该信标的特异性、灵敏度、稳定性和毒性，并通过激光共聚焦和流式细胞术技术检测了该信标的荧光恢复强度,实现了对人胃癌细胞BGC823和其耐药细胞BGC823/DDP中BRCA1 mRNA表达量的检测。利用逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）技术，验证了该信标用于检测细胞中BRCA1 mRNA表达量的可靠性。结果表明，该信标具有优良特性，能可靠检测出肿瘤细胞中BRCA1 mRNA的表达水平。