基于有序银岛膜的表面增强荧光及其在高灵敏和抗猝灭细胞显微成像中的应用

表面增强荧光能使荧光检测技术在细胞显微成像、生物分子无损检测、自猝灭效应的消除及荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要的应用。国内外关于表面增强荧光在生物学上的应用基础研究才刚起步，目前正面临的"瓶颈"问题是：I 荧光物种与金属介质之间的距离难以控制，从而使得表面增强荧光现象的研究及其应用变得困难；II 利用金属介质上特定形状、尺寸的金属纳米结构来精确控制表面等离激元的共振频率，最终达到对荧光物种特定发光频率的控制还远没有实现。因此本项目主要从实验和理论两方面入手，构筑一系列具有典型特征的有序二维银岛膜材料，调控荧光物种与银岛膜之间的距离，通过精确地制造银岛膜结构来控制表面等离激元共振频率，探索银岛膜中不同银岛及微空腔结构对于荧光增强的理论本源，最终达到对荧光物种特定频率处发光的控制，获得可替换传统盖玻片、简单廉价的可用于高灵敏和抗猝灭细胞显微成像的普适基底材料。

本项目围绕有序二维银岛膜材料的设计、制备、表面增强光谱效应及高灵敏和抗猝灭细胞显微成像应用，开展了深入而系统的研究，取得了一系列重要的创新性成果。研究过程中，在Prog. Surf. Sci.、Appl. Phys. Lett.、J. Phys. Chem. C等国际重要学术期刊上发表SCI收录学术论文27篇（其中影响因子3.0以上的9篇），申请了2项发明专利，基于我们的成果应邀完成两部关于表面增强光谱应用的专著章节。主要的进展与创新成果列举如下：在有序二维银岛膜材料制备方面，我们通过控制制备氧化铝模板的电压与反应时间来调控氧化铝表面有序突触的形貌与排列，其后采用磁控溅射技术将银沉积在氧化铝突触上形成梅花状分布的六方密排二维银岛膜材料；结合多孔氧化铝模板和自下而上的纳米制备技术，获得了三维蜂窝状银纳米碗阵列材料，该结构可通过改变模板反应电压进行调控；利用纳米压印技术，成功的制备出结构有序可控的金纳米半壳层阵列；利用多孔氧化铝模板和磁控溅射技术，我们也成功的制备出具有六角形排列的银纳米火山岛阵列。在有序二维银岛膜材料表面增强光谱效应及显微成像应用方面，我们系统的研究了二维银岛膜材料结构对发光增强的影响，调控荧光物种与银岛膜之间的距离，研究荧光强度与钝化层之间的关系，探索银岛膜中不同银岛及微空腔结构对于荧光增强的理论本源，将银纳米结构的基片成功用于表面增强荧光生物细胞检测领域。