Eng. Reports:用自制微型光谱仪研究单粒子水平分段Ag-Au线的光学特性

贵金属纳米粒子具有独特的光电特性,因此在技术应用领域获得了极大的关注。与大块状态相比,贵金属纳米粒子及其组件能进行表面等离子体共振(SPR),该过程能够激发特殊的线性和非线性光学特性。此外,贵金属纳米粒子还具有优异的光稳定性、低细胞毒性,并且可以很容易地被生物分子修饰从而实现分子特异性。基于这些优点,贵金属纳米粒子被开发成各种光学成像标记物并用作感测单粒子探针,帮助我们在细胞和亚细胞水平理解生物过程,还能够用于药物靶向递送。贵金属纳米颗粒的SPR不仅取决于颗粒大小、形状和化学成分,且SPR 的波长和光谱特征对局部环境敏感。因此,金属纳米粒子及其组件也能用于微环境传感,如检测介质折射率、细胞中分子浓度和生物分子结构等。

针对这一领域,北卡罗来纳州立大学化学系Bhanu B. Neupane及合作者利用自制的激光扫描微光谱仪研究了分段Au-Ag纳米线不同位置的局部光学相应,并分析了这种材料与Au和Ag不同的光学特性,讨论了该材料的纳米结构对二次谐波生成的影响。

在本工作中,作者首先将Au和Ag连续电沉积到介孔铝膜中来制备条纹状的Au-Ag纳米线,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线(EDX)图像和透射电子显微镜(TEM)对制备的材料进行了表征。图像显示,纳米线的尺寸约为 200nm × 11μm,由 11 个 Au 和 Ag 片段组成,每个片段的长度约为 1.0 μm。之后,作者用自制的微光谱-成像系统来获取纳米线的发光光谱。该微光谱装置由激光器、物镜、双色镜和滤波器组成,检测部分则由透射光栅和CMOS相机组成,光谱分辨率约为5nm。实验结果表明,Au-Ag结显示出与Au 段、Ag段以及Au尖端都不同的光学特性,包括单光子和多光子激发发光强度增强,且使用双光子激发在中紫外范围内激发Au-Ag结时,在455和520nm处可以观察到两个发射峰,这可能归因于尖锐的边界处互相插入的Au和Ag纳米颗粒所引起的SPR。此外,实验还发现在相同的实验条件下,Au-Ag结处的二次谐波生成(SHG)信号比 Au 尖端强 2 个数量级以上。基于这些实验结果,作者认为含有异种金属结的纳米结构,例如双金属纳米粒子或分段式纳米结构,有望用于成像领域或单粒子传感器领域。

Optical properties of segmented Ag–Au wire at single particle level studied with a home-built micro-spectrometer

Bhanu B. Neupane*, Thomas E. Chase, Luyang Zhao, Gufeng Wang, Lin He

Engineering Reports

DOI: 10.1002/eng2.12439

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eng2.12439

原创署名:潘奕辰