本文研究了金属光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合共振特性。利用时域有限差分法模拟了一维金光栅/单层二硫化钨混合结构的光谱响应及电场强度分布。结果表明，金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子耦合可产生光谱劈裂。当改变金光栅的结构参数时，混合结构的反射光谱出现了明显的反交叉现象。采用时域耦合模理论拟合了混合结构不同参数时的反射光谱，拟合结果与数值模拟符合较好。金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合作用满足强耦合判据。耦合振荡器模型分析结果表明，当金光栅周期为400 nm、宽度为300 nm时，混合结构强耦合光谱的拉比劈裂为54.6 meV，其与时域耦合模理论结果一致。该工作将为表面等离激元与激子强耦合作用的深入研究与器件开发开辟新途径。

利用退偏振动态光散射法测量棒状纳米颗粒尺寸时，计算过程中通常使用指数拟合算法，但该算法受初始值的影响较大，选取的初值不同拟合结果也不同。为解决该问题，提出利用Tikhonov正则化算法对退偏振动态光散射实验获得的垂直偏振和水平偏振自相关函数进行反演，从而得到平移和旋转衰减线宽，再计算得出平移扩散系数和旋转扩散系数，进而拟合得到纳米棒的长度和直径。搭建了退偏振动态光散射实验装置，对三种金纳米棒样品进行了退偏振动态光散射测量。实验结果表明，经过修正去掉吸附层后，金纳米棒的长度和直径测量值与透射电子显微镜（TEM）测量值相比，其偏差在8%以内，这表明修正后的测量结果与TEM的测量结果一致性较好。

近红外二区（NIR-Ⅱ）金纳米团簇（Au NCs）具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性，已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的合成方法，讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次，介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的表面调控技术，讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法，以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后，总结了NIR-Ⅱ Au NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后，讨论了NIR-Ⅱ Au NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。

等离激元金属纳米结构中的Fano共振,由于其在超灵敏传感、超材料、光开关和非线性光学器件等方面的潜在应用而引起了广泛的关注。但在单颗粒尺度下单个金属纳米二聚体结构的Fano共振的实验研究仍然很少。本研究基于单颗粒光谱技术从实验上探讨了二聚体结构产生的Fano共振现象。利用种子生长法制备了等离激元共振峰分别在1 060 nm和700 nm的一长一短金纳米棒,通过L-半胱氨酸分子的静电吸附自组装构建首尾相连的金纳米棒二聚体结构,在暗场显微系统中表征了金纳米棒二聚体耦合前后的散射光谱。结果表明,短金纳米棒的明偶极模式与长金纳米棒的暗四极模式间的相消干涉在660 nm处产生了明显的Fano共振谷,同时基于有限差分时域(FDTD)方法的理论模拟散射光谱与实验结果能够较好地符合。这种自组装金纳米棒二聚体在等离激元传感和探测等方面具有广阔的应用前景。

近年来, 金纳米粒子(AuNPs)因其极高的消光系数以及距离依赖性颜色而被广泛用于比色传感器的开发利用。 常见的盐诱导AuNPs聚集通过电荷屏蔽的方式进行, 聚集过程易受到干扰, 聚集后颜色往往不稳定, 而DNA染料通过电荷中和的方式实现AuNPs聚集, 该方法具有用量少, 聚集速度快, 并且稳定性好的优势, 因此对常见DNA染料进行筛选十分必要。 系统筛选了8种常见DNA染料包括EB、 AO、 TO、 SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和YOYO用于诱导AuNPs的快速聚集。 实验发现诱导AuNPs团聚的染料用量在0.18~2.6 μmol·L-1之间, 相比NaCl和Cys用量分别为60和20 mmol·L-1的传统诱导聚集方法用量仅为万分之一。 通过考察DNA染料诱导AuNPs聚集的“IC50”值(即诱导剂使AuNPs聚集的最大吸光度变化(A680/A520)的50%的浓度)评价聚集效率, 在筛选的8种DNA染料中, SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和 YOYO分子的“IC50”值在0.12~0.30 μmol·L-1之间, 相对较小, 诱导AuNPs聚集效率高。 由于带正电的N原子数量对AuNPs的聚集有关键性的作用, 即带正电的N原子数量越多, 中和AuNPs时的用量越少。 通过Marvin View中microspecies(微观结构式)和microspecies distribution(微观结构式分布)算出了具体带正电的N原子个数, 结果表明, 在pH=7条件下, SG、 PG、 TOTO-1、 TOTO-3和 YOYO分子带正电荷的N原子较多, 因此上述染料诱导AuNPs聚集效率高。 通过乔布曲线(Job)计算出双链DNA(dsDNA)碱基对与DNA染料的结合比, 结果表明相同条件下, 筛选的8种DNA染料与dsDNA碱基对的结合比相差不大。 结合实验拟合曲线计算出dsDNA与DNA染料的结合常数, 计算表明SG, YOYO, TOTO-3, PG与dsDNA的结合常数较大, 在2.75×109~3.12×1010 L·mol-1之间, 与DNA结合能力较强。 综合考虑SG、 PG、 YOYO、 TOTO-3等染料在快速诱导AuNPs聚集及比色传感方面效果较好。

以金矿石中的金元素为研究对象, 基于灰色关联度和RSM模型提出原子吸收光谱法分析Au测定条件参数的多目标优化模型。 选取泡塑预处理方式、 振荡时间、 王水浓度和硫脲浓度为优化目标, 确定测量结果相对误差的绝对值为质量指标； 建立基于信噪比的正交设计试验, 分析试验结果的质量指标及对应的信噪比并进行量纲化处理, 计算灰色关联系数和关联度； 确定优化目标的极差分别为0.026、 0.116、 0.176、 0.375, 定性判断泡塑处理方式目标最不显著。 根据RSM模型确定王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度为单因素的Box-Behnken方法试验, 采用三因素三水平曲面设计对测定结果相对误差的绝对值进行分析, 制作显著水平表并完成响应曲面试验； 建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析, 其F=217.24, p<0.000 1表明该模型具有高度的显著性, 模型的相关系数为0.996 9, 校正决定系数为0.992 4, 表明该模型可以解释超过99%的响应值变化； 绘制响应曲面图和等高线图对试验数据进行回归拟合, 通过响应曲面的形状和等高线的陡峭程度进行判定分析, 最终寻找最优化目标参数为王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度分别为11.33%、 27.39 min和0.97%时, 样品测量结果的相对误差最小。 模型验证结果表明, 在最优化目标参数条件组合下选择不同质量浓度的金矿石国家标准物质进行样品制备, 测定结果的正确度和精密度均符合DZ/T 0130.3—2006(地质矿产实验室测试质量管理规范), 表明基于灰色关联度-RSM模型对原子吸收光谱法分析金矿石中金元素的多目标优化参数准确可靠, 验证了该方法的科学性和正确性, 能够被应用于实际的生产中去。 该方法对于定性判断各条件参数间的主次关系, 定量计算各条件参数的最佳组合水平具有独特优势, 有望在寻找多目标优化设计参数领域的平台上发挥作用, 更加有效地确定最佳目标组合。

炭疽杆菌是高致病性病原微生物, 引起的炭疽病在我国属于乙类传染病, 因此建立操作简便、 灵敏准确的炭疽杆菌检测方法对预防和控制炭疽传播, 维护公共卫生安全至关重要。 该研究创新性地提出以绿色材料大豆蛋白为保护剂和还原剂, 采用微波加热法合成了一种具有强烈红色荧光发射的大豆蛋白金纳米簇(SPI-AuNCs)。 采用TEM、 UV-Vis、 FL、 XPS、 FTIR等方法表征了SPI-AuNCs的成功合成和部分特殊性能。 结果表明SPI-AuNCs呈球形, 粒径大小在1.8~3.2 nm范围内, 平均粒径为2.65 nm, 在500～550 nm范围内未出现表面等离子体共振峰; SPI-AuNCs的最大激发波长为370 nm, 最大发射波长为680 nm。 SPI-AuNCs的表面官能团主要有—NH、 —COOH、 —OH、 —SH等官能团, 元素的组成主要包括C、 N、 O、 S、 Au元素。 根据Cu2+与SPI-AuNCs表面基团通过配位作用形成非荧光复合物, 使荧光猝灭; 而2,6-吡啶二羧酸(DPA)与Cu2+具有更高的亲和力, 可将Cu2+从SPI-AuNCs表面竞争下来, 使荧光恢复, 据此建立了一种荧光“关-开”策略检测DPA的新方法。 在最佳实验条件下, 荧光恢复率(ΔF/F1)与DPA的浓度在1.15～70.0 μmol·L-1范围内呈良好的线性关系, 线性方程为ΔF/F1=0.011c+0.131, 相关系数r=0.991, 方法检出限为0.34 μmol·L-1。 同时, 通过加标回收实验研究了湖水和牛奶样品中DPA, 得到加标回收率在97.3%～103.6%, 表明了该方法在环境和食品样本DPA的检测中具有很大的应用潜力, 可以为环境监测和食品安全提供方法学支持。

洒金纸是我国传统的加工纸, 其使用历史悠久, 富于装饰效果, 在书写、 绘画、 装帧等领域应用十分广泛, 其经久不衰一直沿用至今。 洒金纸也传播到邻近的朝鲜半岛、 日本并广为流行。 传统洒金纸使用一种或多种加工工艺制作而成, 充分展现了中国古代独特的纸面装饰技术及艺术审美。 目前存世的洒金纸文物艺术品种类、 数量较多, 但相关科技分析却鲜有报道。 为了探讨传统洒金纸“洒金”材料和工艺, 利用光学显微镜、 扫描电镜-能谱仪、 红外光谱仪等手段, 对一件清代洒金纸样品进行科技分析: 通过光学显微镜、 电子显微镜形貌观察, 可见样品“洒金”区域呈箔片状并有金属光泽; 利用扫描电镜-能谱仪对“洒金”颗粒进行能谱Mapping分析, 可知Al、 S、 K、 Cu、 Ag、 Au元素呈现明显的梯度分布且与“洒金”颗粒形状轮廓完全吻合, 进一步分析表明其主呈色色料为Au, 结合显微观察可知“洒金”材料的呈色物质为金箔, 且制作金箔的Au伴生Ag、 Cu等杂质; “洒金”材料中的Mg、 Al、 Si、 S、 K、 Ca等元素应主要来源于填料, 如常见的滑石(Mg3［Si4O10］(OH)2)、 碳酸钙(CaCO3)等; 红外光谱分析显示“洒金”材料的1 105、 662 cm-1特征吸收峰与SO2-4的O—S—O键伸缩与弯曲振动峰1 106、 662 cm-1一致, 1 641 cm-1与3 277～3 337 cm-1特征吸收峰与明胶的特征吸收峰一致, 结合扫描电镜-能谱分析“洒金”材料中含有K、 Al、 S等元素, 暗示了“洒金”材料中应含有胶矾水, 即胶粘剂由明胶、 明矾(KAl(SO4)2·12H2O)组成, 在“洒金”材料中起连接料的作用。 研究表明, 该样品的“洒金”主要由金箔呈色, 利用胶矾水作胶粘剂并加填滑石、 碳酸钙之类的填料。 对传统洒金纸“洒金”材料与工艺的研究, 为传统洒金纸的传承与发展, 以及洒金纸文物艺术品的保护、 修复、 复制、 鉴定等工作奠定了基础。