DNA调控复杂金属纳米结构的合成及其SERS效应研究

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金纳米颗粒具有优异的光学性质,其光学性质随着金纳米颗粒的尺寸、形貌及表面性质而改变。正是由于其光学性质和金纳米颗粒的表面性质很敏感,这一性质通常被用来进行生物分析检测。同时,纳米金具有较低的细胞毒性,且金元素相对于大部分金属元素而言更加稳定,所以纳米金在生物载药方面也具有很大的潜在用途。另外,金纳米颗粒近年来也广泛应用于表面增强拉曼(SERS效应)。增强拉曼的机制一般有两种:电磁增强和化学增强,一般电磁增强所起的作用远大于化学增强。而传统的球形金纳米颗粒表面具有较低的表面局域电磁场强度,而当纳米金颗粒之间的距离较近时,可以在纳米颗粒之间产生较高强度的局域电磁场。所以通常用于构建具有较好SERS效应的基底通常需要使得金纳米颗粒之间彼此靠近以形成电磁场的“热点”。一般获得结构具有无序的“热点”或有序的“热点”。有序的热点一般是通过物理方法制备,一般需要较昂贵的设备;而形成无序的“热点”通常难以重复实验结构。近年来发展除了通过化学合成的方法直接合成出具有较均匀“热点”的纳米结构。这些功能性结构可以作为一种SERS探针直接应用于生物分析中。   DNA通常被认为是一种载带生命信息的物质,近年来已有报道利用DNA折纸等技术将DNA作为一种生物材料来构建纳米结构。现在已经可以利用DNA构建出许多各式各样的一维、二维、三维的结构。但是DNA的功能还不仅如此,目前有报道发现DNA可以用来作为一种调控纳米金结构,发现不同的碱基可以获得不同的纳米金结构。   本文主要就是研究利用DNA调控合成“蘑菇状”的金银纳米结构。这种结构具有较好的SERS增强效应。首先研究了在组装了DNA的纳米金表面上定向长金的条件。结果发现溶液中氯离子的存在对银的生长具有很大的影响,当溶液中存在一定量的氯离子时,银倾向于将纳米金包裹完全,且随着氯离子浓度的增加,银定向生长的趋性越差。而当溶液中不存在氯离子时,发现生成了一种“蘑菇状”的金-银纳米结构,在金银纳米之间会产生1纳米左右的缝隙。当拉曼分子嵌在1纳米的缝隙中时,会检测到很高的拉曼信号。同时,通过紫外-可见吸收我们可以明显看出当金银之间不存在缝隙时和当金银之间存在缝隙时的紫外吸收具有明显不同。通过研究表明金银之间的缝隙对于SERS的产生具有很重要的作用。最后我们研究了银定向生长并长出缝隙的生长机制。结构发现当溶液中存在氯离子时,反应速率发生明显的降低。这说明当反应动力学速率减慢时,银倾向于将纳米金包裹完全。最后研究了不同尺寸的金纳米颗粒在长金时,发现当溶液中存在氯离子时,金纳米颗粒的尺寸越大,银越不容易定向生长。这可能是由于随着金纳米颗粒的尺寸增大,成核位点增多,不利于银在金纳米颗粒表面的定向生长。   另外,我们还研究了在纳米金棒上进行定点长金。就是控制在金棒两端进行长金。通过控制但应条件,我们可以在组装了DNA的金棒两端长出两个金球。或者改变条件在金棒两端长出刺状的金颗粒。另外发现在生长过程中通过改变还原剂和金离子的摩尔比及还原剂的种类可以的到一种“海参状”的结构。通过紫外-可见吸收发现,当在金棒两端长出两个金球时,可以是的金棒的紫外吸收发生明显的红移。这对于利用纳米金棒的光热效应进行可控释药提供了一种很好的材料。同时获得的“海参状”结构表面具有很多的缝隙,具有非常高的比表面积。可以为应用于SERS效应和纳米金催化提供了良好的基底。
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