DNA纳米技术引导自组装金环异质结构及其作为高敏生物和化学传感器的研究

The synthesis and assembly of noble metal materials, and the development of the highly-sensitive nanosensors, are still the key issues in the field of material physics and chemistry. Among all the noble metal materials, gold nanorings (AuNRs) are particularly attractive in the area of sensing applications because of their excellent properties, including large local field enhancement, light confinement, and symmetry breaking, etc. The optical properties of AuNRs are strongly dependent on their Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Therefore, recent attention has begun to focus on the fabrication of AuNRs-involved nanostructures which is becoming a major challenge in the field of plasmonics. DNA and DNA origami have excellent assembly capacities which can be used in the design and fabrication of various nanostructures. This project aims to firstly synthesize AuNRs with galvanic replacement and fabricate the AuNRs-involved heterogeneous structures with DNA or DNA origami. The various architectures can form, ranging from Saturn-like to Satellite-like or Diamond-ring structures. We aim to explore the LSPR properties of corresponding nanostructures via investigating the optical property of single essemble, and develop the novel photoelectric nanodevices and bio- or chemical nanosensors. This study not only enhances our understanding of plasmonic coupling but also provides a new platform for building novel, highly-sensitive and highly-selective chemical and bio-sensors.

贵金属纳米材料的可控合成及组装，以及作为高敏传感器的开发，是材料物理化学领域的关键问题。在众多贵金属材料中，金纳米环由于许多重要的性质，例如，场增强，光限域，对称破裂等，在传感领域引起了人们的广泛关注。金纳米环的光学性质取决于其等离子体共振，可控构建金环的异质结构，利用其特殊的性能实现不同领域的应用，是等离子体领域中极为重要的研究方向。DNA及DNA“折纸”结构具有强大的组装能力，可以设计和构建各种纳米结构。本项目首次用电化学置换法合成溶液中独立的金环，并利用DNA自组装及DNA“折纸”结构，构建例如土星结构、卫星结构以及钻戒结构等金环异质结构组装体。通过对单结构光学性质的考察，研究相应结构的等离子体共振性质，并实现全新光电子器件以及高敏化学和生物传感器的开发。该研究不仅拓宽了我们对于等离子体杂交耦合的认识，同时为构建全新的以及高敏、高选择性的化学和生物传感器提供了一个崭新的途径。

贵金属纳米材料的可控合成及组装是材料物理化学领域的关键问题。在本项目的支持下，我们利用DNA分子及DNA“折纸”结构强大的组装能力，设计和构建了多种金属及非金属纳米结构。我们利用DNA分子自组装策略构建了例如：土星结构、钻戒结构以及蝴蝶结结构金纳米环异质结构组装体。并通过单结构暗场荧光光谱的测量，观测到了由于金纳米环的对称性破缺所产生的四极暗模式。我们还利用DNA折纸结构实现了多种金属、金属氧化物及无机非金属纳米材料位点特异性表界面化学反应。该策略可以满足任意几何形状的不同纳米材料的图案化定制生长，为构建用户定制的功能纳米体系提供技术支撑。同时，我们也探究了金纳米环与金纳米立方等离子体的几何形态对耦合强度的影响，并率先研究了手性等离激元-激子杂化结构的光与物质相互作用。这些研究不仅拓宽了我们对等离子体杂交耦合的认识，同时为构建全新的等离子体光学器件以及生化传感器提供了一个崭新的途径。