生物分子相互作用的表面增强光谱方法

金属纳米结构的表面等离子体激发能够产生一系列非常特殊的物理现象。对这些新现象的研究引发出许多新的科学问题，展现出巨大的应用前景。有望为纳米技术应用提供新原理和新方法。本项目致力于探索以表面等离子体增强效应为基础的光学与光谱增强方法，发展高选择性、高灵敏度、多水平、多参数的检测分析技术，用于生物分子间相互作用及其动态过程研究。着重采用SERS活性的染料分子外标、生物分子基团特征内标SERS信号、SERS编码等方法，结合SPR-SERS、LSPR-SERS检测等新的技术手段开展工作。综合运用纳米科学与技术、光学显微技术、微探针传感技术以及各种标记技术的最新研究成果，探索新的光学和光谱增强机制。这种多学科方法和多种技术的交叉运用有可能产生全新的技术手段，有效地推动生物分子间相互作用及其动态过程研究。

本项目致力于探索以表面等离子体效应为基础的增强光谱生物分子检测方法，建立和发展各种新的增强光谱技术。综合运用纳米技术、光学显微技术、微探针传感技术以及各种标记技术，探索新的光谱增强机制并应用于生物分子间相互作用及其动态过程研究中。发展出一系以各种表面等离子体增强效应为核心的高选择性、高灵敏度的检测分析技术。主要包括表面等离子体共振激励的表面增强拉曼散射（SPR-SERS）、局域表面等离子体共振激励的表面增强拉曼散射（LSPR-SERS）、传导型表面等离子体与局域表面等离子体耦合激励的表面增强拉曼散射（PSP-LSP-SERS）、长程表面等离子体共振激励的表面增强拉曼散射（LRSPR-SERS）。形成了本课题组的特色。1.研究了微/纳阵列结构体系的SERS特性，建立了几种高度有序的贵金属微/纳周期结构阵列构筑及结构参数控制方法，探讨了其参数与SERS特性之间的关系。结果表明具有微纳周期结构的金属薄膜稳定性和重复性较高，更有利于应用； 2. 研究了角度分辨SERS光谱，包括基于SPR-SERS和基于周期阵列结构的定向发射，以提高SERS信号的收集效率；3.研究了一系列基于传导/局域型表面等离子体耦合结构的SERS基底以及“基于长程表面等离子体结构/探针分子/纳米粒子”三明治结构的等离子体纳米天线用于增强拉曼信号。在这种结构下获得的SERS信号强度比传统的SPR激励结构下获得的SERS信号更强；4.将SPR- SERS光谱技术与染料标记方法相结合应用于检测生物分子识别过程。为了进一步提升标记染料的拉曼信号，我们通过银纳米粒子的组装构筑了“热点”结构。实验证明，在消失场激发形式下，这种“银膜-分子-银纳米粒子”的结构较“银膜-分子”的结构，其SPR检测灵敏度和SERS信号都有所提高。.项目共发表SCI论文20篇（全部标注基金号NSFC20973075），会议论文20篇。申请中国专利6项，其中1项已经获得授权。培养博士研究生5名，硕士生3名。