DNA纳米结构介导的纳米等离子体结构组装及其光学性质研究

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近年来,金属纳米结构的表面等离子共振(SPR)由于其特有的光学性质而受到广泛的关注和研究。当纳米组装体的颗粒间隙距离逐渐缩小,近邻纳米粒子间的相互作用导致共振频率发生剧烈的变化,因而产生新的光学特性,如局域近场增强、法诺共振、局域等离子光热效应等。此外,等离子体“热点”的大小和空间分布是由粒子的尺寸和间距决定的。然而,如何实现在纳米尺度上精确地排布金属纳米颗粒这一难题还有待解决。目前,金属纳米结构的制备方法通常分为以刻蚀为代表的自上而下法和以自组装为代表的自下而上法,但是传统的组装方法难以实现纳米颗粒的精确调控。DNA纳米技术,尤其是DNA折纸术具有序列可编程性、结构功能多样性和位点可寻址性的优势,被广泛用以组装等离子体纳米颗粒,成为在纳米尺度下精确排布纳米颗粒的优良的模板。基于上述问题,本论文提出基于DNA折纸组装各向异性金纳米颗粒(Au NCs,Au NRs),对金纳米组装结构在等离子体共振产生的光学特性方面做了系统的研究。首先,设计并组装了纳米金立方二聚体研究其在增强拉曼信号方面的特性;其次,设计并组装了纳米金立方和金棒二聚体研究其结构产生的法诺共振效应;最后,设计并组装了纳米金棒“Dolmen”结构进一步研究其结构产生的法诺共振效应,具体如下:1.利用DNA折纸术与纳米金立方特异性修饰,通过设计折纸上延伸的捕获位点自组装形成三种二聚体构型:FTF(面对面),FTS(面对棱)和STS(棱对棱)。通过SEM和DFM共定位采集三种金立方二聚体结构的拉曼增强信号,计算其三种构型的拉曼增强因子(EF),研究构型的变化对表面等离子体共振性质的影响。实现了单颗粒SERS信号的检测。2.在上章研究同质组装结构的基础上,利用DNA折纸术与纳米金立方和金棒特异性修饰,通过设计折纸上延伸的捕获位点自组装形成两种异质二聚体构型:分别是“面-棒”和“棱-棒”纳米结构,通过SEM和DFM共定位采集目标结构的散射光谱,根据组装的金纳米颗粒间形态的不同,研究其对法诺共振效应的影响。3.为了探究金纳米颗粒间组装构型的变化是否对法诺共振效应产生影响,我们对纳米金棒组装结构进行了系统地研究,通过矩形DNA折纸与纳米金棒自组装形成“Dolmen”结构,该结构由一根纳米金棒和平行双棒二聚体组装在DNA折纸两侧。通过SEM和DFM共定位采集结构的散射光谱并利用时域有限差分法(FDTD)模拟结构的电场分布研究其法诺共振效应。然后通过研究两个具有不同相对角度的结构,即“右Dolmen(RD)”和“左Dolmen(LD)”探索单个金棒相对于平行金棒二聚体的相对角度而产生的等离子体耦合作用的影响。本论文对DNA纳米结构介导的纳米等离子体结构组装及其光学性质进行了系统地研究,对如何进一步实现局域近场增强提供了一种新的思路,并为探索对称性破缺结构的法诺共振效应奠定了基础。
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