论文摘要
贵金属纳米颗粒,特别是银和金纳米颗粒（AgNPs和AuNPs）具有与其自身及外界环境相关的局域表面等离子体共振（LSPR）光散射性质,因而成为非常好的光散射分析探针。因此,研究纳米颗粒的LSPR性质并在此基础上将其作为光散射光谱分析探针用于生化分析领域具有理论和应用价值。目前,贵金属纳米颗粒作为优良的光散射光谱分析探针已经广泛地应用于生化分析领域。但其中仍存在一些不足,例如具有高散射效率的AgNPs在分析研究中应用较少,而单纳米颗粒光散射分析缺乏简便的散射信号获取方法。所以,本文以AgNPs和AuNPs为研究对象,针对目前贵金属纳米颗粒光散射分析存在的不足开展以下研究内容：1.一步法合成DNA-AgNPs强光散射探针用于DNA的检测。在表面活性剂FSN-100的存在下,通过一步偶联化学将SH-DNA与强散射的AgNPs直接在1.0mol/LNaCl中孵育制备得到DNA-AgNPs复合物,并将该复合物作为光散射探针用于HIV病毒DNA序列的分析检测。待测DNA序列与偶联在AgNPs表面的探针DNA1和DNA2通过三明治杂交的方式使得单分散的AgNPs相互靠近发生聚集。聚集在一起的纳米颗粒发生等离子体共振耦合使得纳米颗粒的光散射性质发生变化。这个变化可以通过荧光分光光度计测定,也可以通过肉眼进行判断实现可视化分析。检测结果表明,AgNPs作为光散射探针用于光散射分析检测有优良的灵敏度（195pmol/L）和选择性。2.单纳米颗粒的局域表面等离子体共振性质研究用于筛选高灵敏分析传感单元。包含三个方面内容：①合成了多种形态的AgNPs,结合暗场光散射成像及扫描电子显微镜成像确定了AgNPs的形态与散射光颜色之间的关系。结果表明,散射红、黄、青、蓝色的AgNPs分别为棒、三角双锥、立方体、球。这个结果使得我们不需要借助电子显微镜等大型的仪器,仅利用普通的光学显微镜即可判断纳米颗粒的形态。②通过单纳米颗粒光潜法考察不同形态AgNPs对折射率变化的响应灵敏度,结果为棒>三角双锥>立方体>球。其中,银纳米棒具有最高的响应灵敏度,且银纳米棒的响应灵敏度随径向比增大而升高。③将这几种纳米颗粒用于研究巯基分子吸附的实验进一步证实了上述结果的可靠性。该研究为我们在选择高灵敏的单纳米颗粒传感平台提供了理论基础。3.原位实时监测单个Ag@Hg纳米合金生长过程。Ag@Hg纳米合金的生长是将AgNPs与汞单质通过汞齐化作用而形成。将AgNPs置于生长液中,通过暗场光散射显微镜观察发现单纳米颗粒的散射光发生明显变化,说明可能形成Ag@Hg纳米合金。我们进一步对形成的纳米颗粒进行了扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线能谱等一系列表征,结果证实了Ag@Hg纳米合金的形成,且生长期间可能涉及纳米颗粒元素的组成、形状、大小的变化。我们研究了四种不同形态AgNPs的生长过程。通过分析生长过程中单个纳米颗粒的散射光谱及形态变化,认为Ag@Hg纳米合金的生长经历了以下几个阶段：汞单质在AgNPs表面快速吸附；早期的汞齐化作用使得纳米颗粒的形态向球形转变；汞原子继续向AgNPs内部扩散最终形成Ag@Hg纳米合金。4.单纳米颗粒光散射分析的新方法。目前,单纳米颗粒光散射分析都需要依赖于单纳米颗粒散射光谱扫描系统,而单个纳米颗粒散射光谱的扫描过程非常繁琐、费时。我们利用Image Pro-Plus （IPP）软件通过三原色（RGB）系统对单个纳米颗粒的散射光进行RGB编码,并以此建立单纳米颗粒RGB分析方法。为了证明单纳米颗粒RGB分析方法的可行性,我们首先考察了单个纳米颗粒散射光RGB值在不同折射率溶剂中的变化情况。之后,将RGB分析用于巯基分子在纳米颗粒表面吸附的研究。通过真彩色CCD相机拍摄巯基分子吸附前后纳米颗粒的暗场光散射成像照片,再将纳米颗粒的散射光通过软件转化为RGB信息。实验结果表明,吸附前后同一个纳米颗粒的散射光RGB值发生变化,基于这个变化可实现巯基分子吸附的检测。另外,在分子吸附引起纳米颗粒散射光移动的同时,纳米颗粒的散射光强度也在发生变化。由此,我们建立基于单个纳米颗粒散射光强度的分析方法。这两种单纳米颗粒光散射分析方法操作简单,不需要大型的仪器,在普通的实验室都可以完成,具有可推广性。总之,本文以贵金属纳米颗粒的光散射性质为基础,以暗场光散射成像及单纳米颗粒光谱法为主要研究手段,探讨了不同形态AgNPs的LSPR性质,并以这些纳米颗粒为基础通过暗场光散射成像实时监测单个Ag@Hg纳米合金生长过程,之后建立单纳米颗粒光散射分析新方法。论文的创新之处体现在两个方面：一是利用暗场光散射显微镜法实现对纳米颗粒生长过程的实时监测,二是开发出简便易推广的单纳米颗粒分析新方法。