"套娃"型纳米结构对多色染料体系金属增强荧光效应的研究

The fluorescence enhancement of dye molecules by metal nanomaterials has shown great potential in the field of clinical diagnosis, environmental monitoring and energy utilization. While great efforts have been made in the fluorescence enhancement of a single dye species, the enhancement efficiency is currently not sufficiently high for practical use. Moreover, it is still a challenge to achieve the fluorescence enhancement of multicolor system consisting of two or more dye species. Here, a matryoshka-like noble metal@silica multilayer core-shell nanostructure, which presents a strong plasmonic coupling, is chosen as a more efficient substrate for metal-enhanced fluorescence , especially for the fluorescence enhancement of multicolor system. The project studies the influence of the property factors of matryoshka-like nanostructure on the fluorescence of different dye molecules in order to clarify the mechanism and optimized conditions for fluorescence enhancement. Based on that, we further study the metal-enhanced multicolor fluorescence from the matryoshka-like nanostructure, which would offer theoretical and experimental foundation for future design and prepartion of multicolor fluorescent material with high performance.

金属纳米材料对染料分子的荧光增强效应在临床诊断、环境监测以及能源利用等领域都具有重要的应用前景。目前，金属增强荧光效应在单色染料体系中的应用研究已取得一定进展，但是大多数体系的增强效率较低，难以满足实际需求，并且如何实现对多色染料体系的荧光增强仍是一个难题。本研究拟合成"套娃"型贵金属@二氧化硅多层核壳纳米结构，利用该结构中的表面等离子体共振耦合效应提高荧光增强的效率，并实现对多色染料体系的荧光增强作用。通过研究"套娃"型结构中各项参数对不同种类染料发光性质的影响，明确发生高效增强荧光效应的机理和条件。以此为基础，研究"套娃"型结构对多色染料体系荧光性质的改善作用，总结相关规律，为进一步设计和制备高性能的多色荧光材料提供理论和实验基础。

纳米复合材料能够高效集成各组分材料的性质，并有可能产生原组份材料所不具备的新性质，因而成为目前化学学科领域的研究热点之一。在国家自然科学基金委员会青年基金项目的支持下，我们主要研究了核壳结构纳米复合材料的可控制备、性质及应用。实现了银@二氧化硅@银多层核壳结构和3-氨丙基三乙氧基硅烷为模板的空心金纳米壳的可控制备，发展了以柠檬酸钠调控二氧化硅@金纳米核壳材料表面形貌的方法。系统研究了上述各种核壳材料尺寸、形貌与其表面等离子体光学性质的关系，并研究了金纳米材料@生物分子核壳结构中生物分子壳层对材料整体光学性质的影响规律。同时，在阳离子聚合物或表面活性剂的辅助下，实现了荧光物质在二氧化硅基质中的高效掺杂，制备了一系列单色/多色荧光二氧化硅粒子。上述材料具有优良的金属增强荧光、表面增强拉曼和催化性质，并已用于光学逻辑门构建、蛋白质定量分析及乙醇检测。这些研究有助于进一步深化对核壳纳米复合材料结构与性质的理解，为发展功能化纳米光学（比色、荧光）探针材料提供了支持。