论文摘要
金属纳米粒子的局域表面等离子体共振（LSPR，localized surface plasmonresonance）特性在生物传感中的应用是目前研究热点之一。与传统的表面等离子体共振（SPR，surface plasmon resonance）生物传感器相比，LSPR生物传感器具有制造成本低、设备小型化、携带方便等优势，有望广泛应用于环境监测、医疗卫生、食品分析等领域。LSPR生物传感器的探测灵敏度较低，如何提高LSPR传感器的探测灵敏度是今后的重点研究对象。金、银纳米颗粒具有独特的光、电、磁等性质，是广泛使用的纳米材料之一。本论文以研制高灵敏度LSPR生物传感器为目标，分别通过湿化学法和电化学法制备金银纳米粒子的LSPR芯片，并开发一种可原位制备LSPR芯片和在线检测的生物传感器装置，以利于LSPR生物传感技术的推广。第一，利用湿化学法在常温下制备了三角板银纳米粒子，其边长50-80nm，厚度5-15nm。实验结果表明，在银纳米粒子向三角板状转变的过程中，双氧水起到了关键性作用。使用（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（APTES）作为粘结剂提供氨基，将三角板银纳米自组装于玻璃片表面。使用蔗糖溶液表征了三角板银纳米粒子对周围介质折射率灵敏度，结果表明其折射率灵敏度高达247nm/RIU。第二，针对电化学法自组装金银纳米颗粒过程设计了一种可原位制备芯片和在线检测的LSPR生物传感器装置，减少了芯片移动对检测结果带来的影响，并实现了装置小型化、检测在线化、操作简易化的目标。第三，在该装置上使用恒电位电沉积法制备了金纳米LSPR芯片。制备过程中，其折射率灵敏度随沉积电位负向增加而先增大后减小，吸光度也与周围介质折射率变化呈线性关系。分析实验结果认为电化学法自组装金纳米粒子可分为三个阶段。在第二阶段中，芯片表面的零价纳米金和溶液中的金离子发生可逆转换，芯片表面的金纳米颗粒分布重新调整，可得到纳米粒子分布均匀的LSPR芯片。第四，在装置上使用恒电位电沉积法制备了银纳米LSPR芯片。实验结果表明，在电位为-1.4V，氧化铟锡（ITO，Indium Tin Oxide）层厚度为23±5nm时，制得的LSPR芯片折射率灵敏度最高，达到246nm/RIU，和本论文湿化学法制备的LSPR芯片折射率灵敏度相当，比已报道的银纳米球，甚至比亚微米球平板印刷法（NSL）制备的银纳米阵列的折射率灵敏度还要高。以生物素-亲和素体系为例，研究了基于自组装银纳米粒子的LSPR生物传感器的性质。研究结果表明，在1.5*10-10到1.5*10-6M浓度范围内，LSPR峰移动与亲和素浓度呈线性关系，R2=0.9933。这些研究结果为进一步拓展LSPR的应用打下了坚实的基础。