基于单个金属纳米棒和金属薄膜间纳米间隙模近场增强的发光、局域热效应及SERS机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11374048
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    88.0万
  • 负责人：
    恽斌峰
  • 依托单位：
    东南大学
  • 学科分类：
    A2206.微纳光学与光子学
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The propagating surface plasmon polariton (SPP) on metal film and the local surface plasmon (LSP) resonance mode of metal nano-rod can couple each other and form the 'hot spot'based on the nano gap mode which has the localized electric field enhancement. Based on this nano gap mode, not only the photoluminescence of metal nano-rod can be enhanced, but also the surface enhanced Raman scattering (SERS) can be realized.These two enhanced effects are very useful and promising in the fields of biological sensing and imaging.In this proposal,the coupling process between the SPP on metal film and the LSP of metal nano-rod and the corresponding physical model will be studied. And the physical mechanisms of the dark-field scattering, photoluminescence and SERS of the single metal nano-rod on metal film will be demonstrated. By analyzing the effects of the characteristics of the incident light (such as wavelength, incident angle, polarization) and the nano structure (such as metal film thickness, metal nano-rod size, aspect ratio, gap size between metal nano-rod and metal film), the tuning mechanisms of the photoluminescence and SERS on single metal nano-rod will be investigaged. Also the shape changing of the metal nano-rod and the Raman molecule degradation effects induced by the localized heat effect which caused by the incident laser will be analyzed. And the effects of the photoluminescence and the localized heating on the SERS spectra will be revealed. We expect this research will provide both theoretical foundation and experimental proof for the application of the SERS substrate based on this nano gap mode.
金属薄膜上的传输表面等离子激元波与金属纳米棒上的局域表面等离子共振模的耦合能够产生具有局域电场增强的纳米间隙模，形成"热点"。基于此纳米间隙模可以实现金属纳米棒自身的发光增强及其表面增强拉曼散射，在生物传感和成像领域有广泛的应用。本项目研究金属薄膜上传输表面等离子激元波与单个金属纳米棒上局域表面等离子共振模的耦合过程及相关物理模型，阐明金属薄膜上单个金属纳米棒的暗场散射、光致发光和表面增强拉曼散射的物理机制；研究入射光特性（如波长、角度、偏振）和结构参数（如金属薄膜厚度、金属纳米棒的尺寸、长径比、金属薄膜与金属纳米棒间间距）对单个金属纳米棒光致发光和表面增强拉曼散射的调控机理；并分析入射激光引入的局域热效应导致的金属纳米棒形变及其表面附着拉曼分子热降解现象；揭示光致发光和局域热效应对金属纳米棒表面增强拉曼散射光谱的影响，为基于此纳米间隙模的表面增强拉曼散射基底应用提供理论基础和实验验证。

结项摘要

金属薄膜上的传输表面等离子激元波与金属纳米棒上的局域表面等离子共振模的耦合能够产生具有局域电场增强的纳米间隙模，形成“热点”。基于此纳米间隙模可以实现金属纳米棒自身的发光增强及其表面增强拉曼散射，在生物传感和成像领域有广泛的应用，因此研究基于金属薄膜上单个金纳米棒间的纳米间隙模的近场增强的发光、局域热效应及SERS特性十分有必要。通过本项目的执行，我们建立了金属薄膜的传输表面等离子激元波与金属纳米棒的局域表面等离子共振模的耦合模型和仿真方法，并通过理论和实验掌握了通过金薄膜和单个金纳米棒间的介质隔离层厚度来调控其间隙模式的方法；发现了金薄膜表面粗糙度、金纳米棒的尺寸分散性、以及金纳米棒排列方向与入射激光偏振方向的不确定性对金薄膜上单个金纳米棒散射光谱的影响；并通过实验分析阐明了金薄膜上单个金纳米棒的光致发光、局域热效应及表面增强拉曼散射的调控机理，发现了纳米间隙模场增强导致的局域热效能够导致金纳米棒的形变，从而影响其散射光谱、光致发光谱和SERS光谱；并揭示了金属薄膜上单个金属纳米棒的光致发光是其表面增强拉曼散射谱中背景噪声的主要来源，为基于纳米间隙模的高灵敏度SERS基底提供基础支撑。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Dual peptides modified fluorescence-SERS dual mode imaging nanoprobes with improved cancer cell targeting efficiency
双肽修饰荧光-SERS双模式成像纳米探针提高癌细胞靶向效率
  • DOI：
    10.1039/c6ra13802k
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Yizhi Zhang;Zhuyuan Wang;Lei Wu;Shenfei Zong;Binfeng Yun;Yiping Cui
  • 通讯作者：
    Yiping Cui
Design of a compact and high sensitive refractive index sensor base on metal-insulator-metal plasmonic Bragg grating
基于金属-绝缘体-金属等离子体布拉格光栅的紧凑型高灵敏度折射率传感器设计
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Optics express
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Yun Binfeng;Hu Guohua;Zhang Ruohu;Cui Yiping
  • 通讯作者：
    Cui Yiping
Plasmon induced transparency in metal–insulator–metal waveguide by a stub coupled with F-P resonator
通过与 F-P 谐振器耦合的短截线，在金属 - 绝缘体 - 金属波导中等离激元诱导透明度
  • DOI：
    10.1088/2053-1591/1/3/036201
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Materials Research Express
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    Binfeng Yun;Guohua Hu;Cong Jiawei;Yiping Cui
  • 通讯作者：
    Yiping Cui
Plasmonic induced transparency in a coupled system composed of metalinsulate- metal stub and trapezoid cavity resonator
由金属绝缘体-金属短截线和梯形腔谐振器组成的耦合系统中的等离子体诱导透明度
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Optics Communications
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    Pengfei Zheng;Huimin Yang;Linsen Jiao;Meiyong Fan;Binfeng Yun;Yiping Cui
  • 通讯作者：
    Yiping Cui
Fano resonances in a plasmonic waveguide system composed of stub coupled with a square cavity resonator
由短截线与方腔谐振器耦合组成的等离激元波导系统中的法诺共振
  • DOI：
    10.1088/2040-8978/18/5/055002
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Journal of Optics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Yun Binfeng;Guohua Hu;Ruohu Zhang;Cui Yiping
  • 通讯作者：
    Cui Yiping

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其他文献

Microfluidic chip based micro RNA detection through the combination of fluorescence and surface enhanced Raman scattering techniques
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  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Nanotechnology
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    王志乐;宗慎飞;王著元;伍磊;陈鹏;恽斌峰;崔一平
  • 通讯作者：
    崔一平
Dual peptides modified fluorescence-SERS dual mode imaging nanoprobes with improved cancer cell targeting efficiency
双肽修饰荧光-SERS双模式成像纳米探针提高癌细胞靶向效率
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    伍磊;宗慎飞;恽斌峰;崔一平
  • 通讯作者：
    崔一平
Resonant Mode Analysis of the Nanoscale Surface Plasmon polariton waveguide filter with rectange cavity
矩形腔纳米级表面等离子体激元波导滤波器的谐振模式分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Plasmonics
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    恽斌峰
  • 通讯作者：
    恽斌峰

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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