金奈米棒的金奈米棒的表徵

2021-03-05 09:22:06 字數 2595 閱讀 1812

1樓:百度使用者

1. 體外診斷:基於金奈米棒的表面等離子體共振性質而開發的生物感測器可被用於生物醫學上的體外診斷。

詳情參見下文「在感測器方面的應用」。  2. 體內成像:

金奈米棒在近紅外波段對光有強烈的散射,而生物體在這個波段的散射背景較弱,這使得金奈米棒可以作為基於光散射的生物成像對比劑。由於金奈米棒的高穩定性、低毒性,並且其光散射效應沒有螢光淬滅類似的失效途徑,這些優良的性質使得金奈米棒成為優於傳統的基於染料或半導體量子點的染色劑。

3. 體內**:金奈米棒總的消光包括散射和吸收兩部分,對於直徑小於10 nm的金奈米棒,光的吸收遠大於散射,而吸收的這部分能量最終將通過晶格的弛豫轉化為熱能。

另一方面,對於生物體來說,近紅外波段的輻射具有視窗效應,該頻段的輻射能夠以微弱的損失穿透生物體組織。因此可以利用金奈米棒在近紅外波段較高的光吸收截面和優良的光熱轉換效率來製造光熱**的試劑。通過在金奈米棒表面包覆一層與體液相容性良好的聚合物分子,金奈米棒可以在生物活體內進行長達15小時的流通與傳輸。

科學家已經證明,金奈米棒以及相關的奈米結構可以通過光熱**,在較小的光照劑量下殺死癌細胞。 1. 表面增強拉曼散射:

單分散、或是耦合的金奈米棒有極強的表面電場增強效應,在表面增強拉曼散射(su***ce enhanced raman scattering)的應用中能作為拉曼增強劑使用。金奈米棒拉曼增強劑比傳統的銀奈米顆粒拉曼增強劑具有更高的物理和化學穩定性,更長的儲存時間和使用壽命。這使金奈米棒在基於拉曼散射訊號的感測器中擁有極佳的應用機會。

2. 基於折射率敏感度的微量分子探測:金奈米棒周圍幾個奈米範圍內的介質可以顯著影響它的表面等離子體共振性質:

隨著介質折射率的增大,金奈米棒表面等離子體共振峰會隨之紅移。紅移的相對大小可用折射率敏感度來衡量。這一性質是的金奈米棒可被用於微量分子的檢測。

3. 基於奈米顆粒組裝的微量分子、離子探測:在某些特定分子或離子的作用下,裸露的或者具有表面修飾的金奈米棒會以有序的方式進行組裝,或者以無序的方式發生團聚。

金奈米棒的組裝或團聚會引起其特徵光譜的變化(某些情況下可憑肉眼直接觀察其顏色變化),基於這種原理可以探測這些特定分子或離子在溶液中的存在,進而確定其含量。

4. 基於能級共振耦合效應的微量分子、離子探測:通過靜電相互作用,帶電荷的染料分子可被吸附在金奈米棒的表面。

當金奈米棒的表面等離子體共振能級與吸附在其表面的染料分子的吸收能級簡併時,這個系統會發生能級共振耦合效應,這種共振耦合會造成金奈米棒等離子體共振峰的大幅移動。在溶液中一些其他特定分子或離子的作用下,表面靜電吸附的染料分子會脫吸附而離開金奈米棒的表面,從而消除共振耦合效應,並引起等離子體共振峰的回移。基於這種原理,可以探測這些特定分子或離子在溶液中的存在。

1. 近紅外濾光片:由於其在近紅外波段強烈的吸收,金奈米棒可用於製作濾光片。

2. 非線性光學元件:表面等離子體共振導致金奈米棒表面電場強度被極大的增強(高至10e7倍),這種電場增強效應降低了達到非線性效應所需的照射光強閾值,從而可被用於製造各種非線性光學元件。

3. 偏振片:金奈米棒擁有乙個平行於長軸方向和兩個簡併的垂直於長軸方向的等離子體共振模式,分別被稱為軸向表面等離子體共振模和徑向表面等離子體共振模。

其中徑向表面等離子體共振模處於500 nm至 530 nm,調諧範圍小,強度弱。而長軸表面等離子體共振模隨長徑比變化可在可見(550 nm)至近紅外波段(1550 nm)連續可調,強度遠高於徑向模式,並且為平行於長軸方向的線偏振模式。如果將金奈米棒按照乙個方向排列起來,則偏振方向平行於這個方向的光場分量將被金奈米棒的軸向等離子體共振模吸收,而偏振方向垂直於這個方向的光場分量則不受影響的透過。

基於這個原理可以製成波長範圍在550 nm到1550 nm的金奈米棒偏振片。 由於在製造奈米光子積體電路上的無限潛力,基於表面等離子體激元的奈米光子學,即表面等離子體激元學,受到了全球龐大的微電子工業的廣泛關注。傳統光子學元件的尺寸往往限制在微公尺以上,但能工作在上百太赫茲(10^12 hz)的頻率,執行速度極快;而微電子元件的尺寸已能縮小到幾十奈米,卻最高只能工作在吉赫茲頻率(10^9 hz),執行速度相對較慢。

如果能將光子線路整合到微電子線路中,將有可能大大提高傳統微電子晶元的處理速度。但是,光子學元件和微電子元件的尺寸差距極大地妨礙了它們的整合,從而阻礙了利用光子學元件提高微電子線路執行速度的可能。正因為此,基於表面等離子體激元的奈米光子整合線路成為解決這個尺寸匹配問題的關鍵因素。

為了實現表面等離子體激元奈米光子整合線路,我們需要那些與基本的微電子元件相對應的表面等離子體激元元件。到目前為止,這方面的突破性工作都集中在被動型表面等離子體激元元件,例如等離子體激元波導,諧振器和耦合器。而關於主動型表面等離子體激元元件的研究卻十分有限,例如表面等離子體激元調製器和開關。

香港中文大學王建方教授研究 組報道了一種基於金奈米棒可控共振耦合的表面等離子體開關。 這樣乙個開關由單個金奈米棒和其周圍的光至變色分子組成,大小不到一百奈米,金奈米棒和分子都被封裝在一層二氧化矽薄膜中。而它的開關屬性則是由紫外光來觸發,由暗場散射技術來監測。

操縱這樣單個表面等離子體激元開關所需要的觸發功率和能量只有大約1**w和39pj,而它的調製深度則可以達到7.2db。這種光控等離子體激元開關可以作為奈米光子線路中的乙個開關元件,從而能夠於微電子元件很好的耦合,解決它們之間的尺寸匹配問題。

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