结构、性能稳定的贵金属/介电基质纳米复合薄膜及其在局域表面等离子体传感中的应用

基于贵金属纳米颗粒局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）对周围介质折射率的依赖性而发展的LSPR传感器已逐渐应用于生物、医学、制药、环境等领域。但是，由于常用的LSPR传感平台是将贵金属纳米颗粒组装在透明基底上，其制备过程繁琐、传感层厚度大、其结构和形貌对外界环境响应不稳定性等因素，其应用受到很大限制。本项目拟采用磁共溅射共沉积的方法，制备稳定性和粘附性很强的贵金属/介电基质纳米复合薄膜，作为LSPR传感器的传感层，并着重研究其在重金属离子检测、链霉亲和素－生物素相互作用、DNA 杂交等方面的应用，建立基于该类纳米复合薄膜的LSPR传感器制造新技术，进而研发一种新型、稳定、可操作性的LSPR传感平台，为这种新型LSPR传感器的大规模应用提供近期可实现性。

基于贵金属纳米颗粒局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）对周围介质折射率的依赖性而发展的LSPR传感器已逐渐应用于生物、医学、制药、环境等领域。影响其应用和发展的瓶颈是金属岛膜的不稳定性，主要体现在表面等离子体共振吸收受溶剂浸泡的影响很大，从而影响其性能的稳定性、重现性及重复使用性。鉴于此，申请本项目。在本项目的支持下，探索了一种简单可行的方法——磁控溅射共沉积技术制备用于LSPR传感平台的贵金属/介电基质纳米复合薄膜。通过调控制备参数（工作电压、背景气压、沉积时间和金（银）片的数量）来制备不同粒径分布、金（银）纳米粒子覆盖度的Au（Ag）/介电基质纳米复合薄膜。通过溶剂浸泡、胶带粘贴和超声实验发现制备条件和介电基质的种类对材料的稳定性影响很大，最稳定的复合材料是金/氧化铝。这可能主要是由于在溅射过程中金纳米粒子嵌入到介电基质中以及周边介电基质对金的保护作用。简单的制备技术和良好的稳定性使其有望作为LSPR传感平台，于是我们设计合成了冠醚和生物素等探针分子，在常温常压下将其修饰在纳米复合薄膜构建传感层，考察其对碱金属离子和生物亲和素的选择性传感。结果发现：（1）所构建的传感层确有传感性能；（2）在相同的贵金属种类、贵金属覆盖度和平均粒径及介电基质的条件下，对生物亲和素的选择性传感优于对碱金属离子的传感性能，这可能与探针分子在复合薄膜上的构型稳定性有关；（3）传感灵敏度主要受制于贵金属的覆盖度和平均粒径。同时，考虑到国内外的研究和发展现状，增加了（1）贵金属纳米粒子的湿化学合成方法构建及其通过比色传感检测痕量重金属Hg离子的应用研究和（2）结构稳定的荧光碳量子点的绿色制备技术及其荧光传感应用研究。总体而言，经过课题组三年的努力顺利完成了申请书中的主要研究内容。在国内外重要学术期刊上发表18篇学术论文（其中一项研究成果被《自然》亚洲材料报道，另两项成果分别作为J. Mater. Chem. 和J. Mater. Chem. A的封面文章报道），申请3项国家专利，培养毕业3名硕士研究生，达到了本项目的预期目标。