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。

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。

纳米金颗粒可以有效增强激光诱导光学击穿效应,但不同脉冲激光下激光诱导光学击穿的机理不同。为了从微观角度揭示纳秒和飞秒激光照射纳米金颗粒过程中颗粒内部的光热转换和环境介质的变化,建立了脉冲激光加热水介质中纳米金棒的电子-声子双温度模型,结合实验研究,分析了不同激光能量密度和脉冲宽度对光热转换过程的影响,以及纳米金棒微观熔化特性的差异。结果显示,纳秒和飞秒激光照射下纳米金棒内部的电子和晶格温度的变化趋势基本一致。飞秒激光照射时纳米金棒的熔化阈值约为纳秒激光照射时的1%,纳秒激光照射时纳米金棒周围的水温更高。飞秒激光照射时纳米金棒形貌的改变主要以机械碎裂为主,而纳秒激光作用下则主要以热致纳米金棒熔化为主。

为了提高信息安全, 防止信息泄露, 进一步拓宽柔性器件在信息安全领域的应用, 本文报道了一种基于双层膜光驱动软体致动器的新型信息示假隐真技术。首先, 将所制得的不同长径比的金纳米棒通过图案遮罩和涂覆的方法, 均匀地分散到聚丙烯/聚酰亚胺复合薄膜体系中, 制得双层膜光热驱动软体致动器, 接着将软体致动器进行选择性剪切。当无外界光刺激时, 我们把该双层膜所呈现的信息定义为第一种假信息; 当外界相应波长的激发光刺激该软体致动器时, 该器件由于发生形变可以展示出另外一种信息,我们定义为第二种假信息; 由于不同的金纳米棒在相应波长光激发下才具有最高的光热转化效率, 因此通过红外相机所观察到的不同区域的温度呈现出一种新的图案, 我们定义为真信息, 起到信息示假隐真作用。实验结果表明: 未接受光照时, 软体致动器处于平整状态; 在相应波长激光刺激下, 被切割部分的软体致动器弯曲角可达到50°以上, 裸眼可以清晰地观测所显示信息;而通过红外相机观测到光热区域与非光热区域温度相差至少在10 ℃以上, 可以明显看到所显示的真信息。将软体致动器与信息示假隐真结合在一起, 具有新颖性, 而且效果明显, 为信息安全问题提供了一个新的解决方案。

针对有机液晶材料在实际应用中存在热稳定性不足和温度区间较窄等问题, 结合快速发展的纳米材料合成及组装技术, 发挥无机纳米材料富电子、高热稳定的特点, 发展新型无机液晶态材料是目前一个热点研究领域。本文从归纳液晶态组装所蕴含的相变规律及调控机理出发, 包括Onsager硬棒理论、DLVO理论、胶体系统中的熵作用(如排空吸引和位阻排斥), 系统地综述了近年来以熵为主要驱动力的无机液晶态组装的研究进展。进而, 以理想的组装单元之一——金纳米棒为例, 深入讨论了组装方法、颗粒间相互作用对调控组装结构的影响规律, 并例举了所得组装体在光电子器件中的潜在应用。最后, 通过总结组装技术用以制备无机液晶态材料仍存在的问题, 给出可能的解决方案并对未来的发展方向进行了展望。

表皮生长因子受体(EGFR)是一种肿瘤表面标记性蛋白。本文报道了基于anti-EGFR功能化金纳米棒探针AuNRs probes的表面增强拉曼散射(SERS)，用于EGFR阳性肿瘤细胞的检测。通过AuNRs probes上anti-EGFR特异性结合到EGFR阳性癌细胞上，可使修饰于金纳米棒表面的拉曼活性染料4-巯基苯甲酸(4-MBA)位于1 100 cm-1和1 600 cm-1的特征峰强度得到信号增强。该SERS探针由于具有生物兼容性好、细胞拉曼信号稳定、特异性高等优点而具有巨大的临床应用前景。

金属纳米粒子的尺寸和形状对其物理和化学性质有很大影响, 通常利用昂贵的透射电子显微镜和扫描电子显微镜进行其尺寸测量。为了节约测量成本, 利用时域有限差分法研究了金纳米棒的尺寸与吸收峰的对应关系得到间接的测量方法。即当金纳米棒的纵横比增大时, 横向等离子峰几乎没有变化, 纵向等离子峰出现明显的红移, 且红移速度随着金纳米棒半径的增大而增大。实际制备了两种不同尺寸的金纳米棒样品, 通过理论模拟确定的金纳米棒的尺寸与利用透射电子显微镜测量的金纳米棒的尺寸符合的很好。

高品质贵金属纳米结构基底的制备是应用表面增强拉曼散射（SERS）技术进行高灵敏生物检测的关键。 采用改进的Langmuir-Blodgett方法, 通过在金纳米杆（Au NRs）溶胶注入乙醇, 使得Au NRs迁移至溶胶与甲苯的交界面, 并用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）固定交界面处的Au NRs, 形成大面积分布、 均匀致密排列的二维畴状Au NRs/PMMA纳米结构薄膜基底。 然后, 采用等离子体清洗技术处理制备的基底, 使得金纳米杆（Au NRs）的表面裸露, 以增强基底的SERS特性。 实验表明, Au NRs/PMMA基底具有优良的SERS特性, 在785 nm波长的激光照射下, 增强因子可以达到5.49×106。 此外, 利用制备的Au NRs/PMMA基底, 开展前列腺癌症肿瘤标志物——前列腺特异性抗原（PSA）的高灵敏无标记定量检测研究。 在PSA的无标记检测过程中, 首先对PSA标准溶液和新生牛血清进行SERS光谱的直接检测, 得到PSA分别位于823, 1 080, 1 385, 1 586和1 640 cm-1处的主要的拉曼特征峰; 其次, 通过对PSA标准溶液、 临床男性血清样本及女性血清样本的SERS光谱进行测量和分析, 筛选出在PSA的SERS光谱中与血清中PSA含量相关的拉曼特征峰, 它们是分别位于649, 680以及1 640 cm-1处的拉曼特征峰。 进一步, 通过对与PSA同属糖蛋白的肿瘤标志物甲胎蛋白（AFP）以及与PSA同源的人腺体激肽释放酶2（hK2）进行SERS光谱检测和分析, 发现位于1 640 cm-1处的拉曼特征峰对于PSA具有高的特异性, 将其作为临床血清样本中PSA无标记定量检测的具有特异性的拉曼特征峰, 并以此为依据, 对不同PSA浓度的标准溶液进行检测, 得到位于1 640 cm-1处的拉曼特征峰强度与PSA样本溶液中PSA的浓度相关的剂量-响应曲线。 最后, 开展临床血清样本的应用检测。 结果表明, 基于Au NRs/PMMA基底的SERS检测结果与化学发光免疫分析（CLIA）方法的检测结果一致, 且具有比CLIA更高的检测灵敏度, 最低检测极限为0.06 ng·mL-1, 且无标记检测范围为0.1 mg·mL-1～0.1 ng·mL-1。 因此, 基于Au NRs/PMMA SERS基底的高灵敏肿瘤标志物无标记检测具有重要应用前景。

本文介绍了一种基于金纳米棒自组装结构的SERS基底构筑方法。通过工艺参数可调控的溶剂蒸发诱导组装机制, 可以减少或去除溶胶成膜基底中出现的咖啡环效应, 得到致密均一的薄膜型SERS基底。该基底用于毒品SERS检测具有较高的灵敏性和较好的重现性, 将其与便携式拉曼光谱仪和含毒品尿液的快速前处理方法相结合, 可以用于涉毒人员尿液中毒品的检测分析, 因此有望应用于涉毒现场的快速检测。