新型表面等离激元共振材料及其生物传感芯片的研制

金属表面等离激元共振(SPR)材料具有非常特殊的光电性质，是发展新型超灵敏传感器件的理想基底。本项目瞄准高通量、易集成、高灵敏生物传感器件这一目标，研究基于纳/微米周期结构耦合的SPR材料,创制新型生物传感芯片。采用双光束干涉继以刻蚀技术，在SiO2表面制备图案化纳/微米周期结构，通过真空溅射沉积金属纳米薄膜实现SPR激发。通过RCWA模拟软件设计周期结构的共振特性，用SPR-SPFS装置进行表征，对材料设计加工中各种因素(纳米结构的周期、深度、金属薄膜厚度等)进行系统考察，优化各工艺环节，实现传感片表面荧光增强/免标记可视化检测。利用纳米印刷等复制技术(光、热聚合)，开发可商品化一次性廉价高分子塑料基底，有望研制出具有实用价值的新型生物传感器件，从而奠定理论和应用基础。本项目的完成将为新一代生物分析检测技术的发展提供关键方法和材料，促进生物分析和新兴SPR材料学发展，具有重要的学术意义。

我们利用金属表面等离激元共振(SPR)的特殊光电性质，发展新型超灵敏传感器件的理想基底。项目从金属纳米离子耦合SPR,棱镜耦合SPR和纳米周期结构耦合SPR三个方向进行了探索和研究。主要研究成果包括：发明一种基于微/纳米周期结构的荧光增强微阵列生物芯片及其制备方法。以荧光标记的免疫球蛋白（Cy5-IgG）为检测模型在三种不同基底（Au光栅、Au薄膜、玻璃）上获得的微阵列扫描荧光图像和荧光强度柱状图。与玻璃上的信号强度比较，Au光栅上的荧光信号增强约10倍。该成果已经申请发明专利2项。发现了温度调控下对SPR光诱导生成银纳米三角板和十面体的相互转换现象，并对这一现象的机理和应用进行了详细研究。我们发现，用钠灯照射银种子，在较低的温度（20℃）下，反应最开始生成三角板，随反应的进行，三角板完全转化为十面体；而在较高的温度（40℃）下，反应产物为三角板，没有发生转化现象，在30℃的时候，三角板和十面体共存。该结果发表于 J. Phys. Chem. C 2012, 116, 24268−24273 。最近我们用LED作为光源，系统研究了波长和温度的影响极其内在机理。SPR芯片表面组装氧化石墨烯并且原位电化学还原表征及其应用：我们结合石墨烯和SPR技术，研究了一种SPR芯片表面组装和原位电化学还原及表征的新方法，并利用这种现象实现荧光分子表面增强拉曼的应用以及对DNA分子的超灵敏检测。该工作发表在ACS Appl. Mater. Interfaces.上。最新在DNA的超灵敏检测工作投到Biosensor & Bioelectronics。氧化石墨烯的尺寸分级及其金属复合物的应用研究：我们发展了石墨烯的分级方法，获得单一分散性的氧化石墨烯，有效的提高石墨烯基及石墨烯基复合物的催化和分析检测性能(电化学性能，荧光共振能量转移性能，特异性吸附分子性能等)。工作发表在Materials Chemistry and Physics，RSC Adv.， J. Phys. Chem. Solids.，和 Microchim Acta 等杂志上。.在本项目资助下，培养博士研究生5人（1人已毕业，4人在读），硕士研究生3人。已经发表Sci 论文12篇，还有多篇正在修改之中。申请中国发明专利2项，其中一项已授权。