[发明专利]对激发光偏振态不敏感的异构双纳米颗粒结构及其应用

说明书

本发明公开一种对激发光偏振态不敏感的异构双纳米颗粒结构及其应用，属于生命科学中的分子识别与纳米探针技术领域。本发明基于一个打破球对称的芯帽纳米颗粒与一个球对称的纳米颗粒结构形成异构双纳米颗粒结构，利用两个纳米颗粒物间产生的表面等离子体共振耦合作用补偿原单个芯帽纳米颗粒在激发光的偏振态平行其对称轴时所缺失的光学性能，从而去除芯帽结构纳米颗粒物及双纳米颗粒结构的消光性对激发光的偏振方向的依赖关系。本发明的异构双纳米颗粒结构可作为分子探针用于高特异性的分子识别，尤其适合于多个空间随机姿态双纳米颗粒结构目标的偏振态的同时自动匹配。

技术领域

本发明属于生命科学中的分子识别与纳米探针技术领域，尤其涉及到一种对激发光偏振态不敏感的异构双纳米颗粒结构及其应用。

背景技术

金、银、铂等贵金属纳米颗粒具有局部表面等离子体共振效应(LSPR)，在可见到近红外波段展现出独特的光学性质，该特性使得贵金属纳米颗粒在生物传感、成像、表面增强拉曼散射、光热诊疗等生医相关领域具有重要的应用价值。这些贵金属纳米颗粒物的LSPR峰值吸收波长强烈依赖于其自身的结构参数，例如尺寸、形状、粒子间距和所处环境的介电常数等，通过调整结构参数，可人工操控LSPR波长的移动。700nm～1200nm近红外波段由于可以有效的避开水的吸收，因此通常作为“光学窗口”应用于生物系统。但将贵金属纳米颗粒的LSPR峰值波长移动到该谱段并非一件易事，例如直径为20nm的实心金球，其LSPR波长约为514nm，将其扩大到直径150nm，其LSPR波长红移到约570nm，虽然颗粒物的直径增加到了7.5倍，但是吸收峰值仍远难以达到近红外，单纯的扩增粒径很难在近红外波段获得理想的LSPR吸收峰，这使得人们的研究重点转向了结构调控。各种球对称和非球对称结构相继得以制备并获得研究，例如球对称的芯壳结构，通过微量调控颗粒物芯壳比或壳厚等参数可大范围红移其LSPR波长。同样的，非球对称结构也具有通过结构参数的微小变化大幅度操控LSPR波长的能力，这个家族的成员不仅众多而且变化灵活，因此更是备受关注。例如二聚体纳米金颗粒结构，通过两个具有LSPR效应的金纳米颗粒在彼此靠近时产生的LSPR共振耦合，而获得共振波长的大范围红移，并在两者间隙处获得增强的表面电场；另外也可以通过非球对称的单颗粒物产生，例如纳米棒、纳米芯帽结构等。非球对称结构通常表现出各向异性的光学性质，需要匹配激发光的偏振态与其特征结构方向。例如，对于纳米棒结构，当激发光的偏振态在分别平行于棒的长轴和短轴时该颗粒物展现出不同的光学响应；二聚体金纳米粒子也具有类似的性质；纳米芯帽结构颗粒物也表现出对偏振方向的选择性，入射光的偏振方向在平行和垂直于芯帽结构对称轴方向上分别具有不同的LSPR响应，垂直于其对称轴的偏振态引起的LSPR具有更长的波长和更大的消光截面，而且此类颗粒物的可人工操控的结构参数更加丰富。

打破球对称的芯帽贵金属纳米颗粒物在分子探针中具有广阔的应用潜力。为了获得最佳的光学性质，要求激发光的偏振方向与这类颗粒物的结构特征方向进行匹配，例如为了获得增强的近红外吸收，需要入射光的偏振态垂直于芯帽结构的对称轴。然而，在实际应用中，由于每个纳米颗粒物在空间处于任意随机姿态，故需要旋转入射光的偏振方向以匹配颗粒物的姿态，在多目标的情况下，这样的匹配就变得更为耗时和麻烦，因为入射光的偏振方向难以同时匹配每一个颗粒物，因而需要精细的偏振态旋转扫描和后续的算法设计以实现对每个姿态目标的匹配和准确的目标信息提取。为此，如何能够同时自动匹配各姿态，同时获得并利用这些芯帽结构贵金属纳米颗粒物的光学性能就备受期待，但是相应的方法鲜有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种异构双纳米颗粒结构，去除非球对称芯帽纳米颗粒物及基于芯帽纳米颗粒的异构双颗粒物的特征光学性能对入射光偏振态的依赖关系，该结构可用于高特异性的分子探测与识别。

本发明的技术方案为：