基于各向异性贵金属纳米晶的光学探针及其对重金属离子检测的研究

Anisotropic noble metal nanocrystals have been identified as excellent candidates for optical nanoprobes, attributing to their highly tunable surface plasma resonance absorption, large absorption coefficient and multiple facet-modification. Target-induced particle aggregation or morphology change is essential in obtaining high sensitivity. In this project, we propose a kind of novel optical nanoprobes for the sensing of heavy metal ions based on anisotropic gold and silver nanoparticles with excellent optical properties and unique surface physical and chemical properties. It is expected to provide effective optical sensing strategies to improve the performance of nanoprobes for heavy metal ions, employing anisotropic gold and silver nanoparticles as the sensing substrates by integrating self-synthesized molecular ligands and specific redox-regulated surface chemistry. Relying on facet dependent binding of ligands to the surface of anisotropic nanoparticles, the mechanism of target-induced assembling styles or morphology change of nanoparticles will be investigated deeply, and the conversion and amplification mechanism of optical signals such as colorimetry, UV-Vis-NIR spectra, fluorescence and surface-enhanced-Raman-scattering will be emphatically illuminated. The successful implementation of this project will be capable of benefiting the development of optical nanoprobes and providing new detection strategies for heavy metal ions, eventually promoting the practical progress of optical nanoprobes in environmental analysis.

各向异性贵金属纳米晶由于具有高度可调的表面等离子共振吸收、较大的消光系数、丰富的表面可修饰性，成为纳米传感领域最具发展前景的代表性材料之一。本项目提出构建基于各向异性金、银纳米晶的新型光学探针，研究其在重金属检测中的光学传感新机制。选取各向异性金、银纳米晶作为光学传感基底，结合自主筛选/合成的识别配体或特殊的纳米表面化学反应，系统地建立选择性好、灵敏度高、抗干扰能力强的纳米光学传感新方法，有效改善重金属污染物纳米光学探针的性能。根据各向异性金银纳米晶与识别配体结合的晶面依赖性，研究靶标物介导纳米颗粒的组装方式及单颗粒形貌变化机理，阐明其对光学信号（比色，紫外-可见吸收光谱，荧光光谱，表面增强拉曼散射）的转换与放大机制。本项目的实施将促进纳米光学探针的发展，为重金属污染物的检测研究提供新思路，对推进纳米光学探针在环境检测领域中的实用化进程具有重要意义。

各向异性贵金属纳米晶由于具有高度可调的表面等离子共振吸收、较大的消光系数、丰富的表面可修饰性，成为纳米传感领域最具发展前景的代表性材料之一。本课题重点研究了各向异性贵金属纳米晶作为光学传感基底构建的纳米光学探针及其应用。在本项目的研究中，在基于金银纳米晶等离子体共振光学性质的纳米光学传感检测方法方面取得了一定进展，设计制备了一系列贵金属纳米基的光学检测体系用于重金属离子、小分子及大分子酶的响应检测，对响应传感机理进行了细致研究。具体来说，主要完成了以下几方面的工作中：（1）基于金/银核壳纳米棒表面等离子体共振性质的比色传感方法用于汞离子的检测；（2）介孔二氧化硅包覆的金银纳米复合结构用于抗坏血酸的比色灵敏检测；（3）基于金纳米棒形貌迁移变化比色检测二价铁离子；（4）以金纳米棒作为指示剂基于加速过氧化氢分解的过氧化氢酶可视化检测；（5）基于金纳米棒刻蚀形貌变化可视化比色检测血清中超氧化物歧化酶；（6）基于金纳米颗表面化学反应的比色传感方法用于汞离子的检测；（7）基于金/银纳米棒银壳层氧化刻蚀用于葡萄糖分子比色检测；（8）夹心型金纳米长方体核壳颗粒的制备与表征。在本项目资助下，取得了一系列的创新性研究成果，发表SCI论文10篇，授权发明专利4项，顺利完成了预期计划和预期目标。