利用SAXS技术研究蛋白质堆积导向构筑的具有可裁剪性耦合等离激元场效应的超晶结构

Due to collective oscillation from free-electron in the superstructured material leading to plasmonic resonance, superstructure of metallic nanocrystal exhibits collective properties, which is different from individual or bulk materials; furthermore, nanoscaled-electronmagnetic field can contribute to inducing unique optical properties. Therefore, fabricating plasmonic supercrystal are becoming a hot topics in the field of metamaterials with superior properties. Compared to fabricating technology of surfactant inducing controllable evaporation for yielding supercrystal, it is more important and challengable for us to explore stacked protein with specific configuration for generating supercrystal of inorganic nanoparticle. Aim of the project is to reveal relationship between coupled plasmonic electronmagnetic field and fabricate the binary plasmonic supercrystal by aid of stacked protein. According to study of crystalline structure and formation protocol of novel nanobio-supercrystal via SAXS technology, we can extend application of the SAXS technology in the frontier field of nanotechnology and biomaterial, and reveal the chiral optical properties of chem-bio hybridized nanoplasmonic superstructure. It can be expected that we can provide new theoretical foundation and technique possibility for relationship between supercrystalline structure of the binary protein-noble metallic system and chiral optical properties excited by coupled nanoplasmonic field.

金属纳米晶体的超结构材料展示出不同于独立纳米晶体或宏观块体材料的收集特性，超结构材料内部的自由电子收集震荡导致的等离激元共振，继而产生的纳米尺度下的电磁场浓缩引发独特的光学性质。因此，构筑等离激元超晶体正成为高性能超材料领域的研究热点。与目前广泛研究的表面活性剂蒸发调控的构筑技术相比，探索基于特定空间结构的蛋白质堆积导向的无机纳米超晶构筑技术，是更为重要和极具挑战性的。本项目以研究耦合等离激元电磁场与手性光学特性的关系为目标，通过蛋白质堆积导向构筑二元等离激元超晶格结构，运用同步辐射SAXS技术研究新型纳米生物超晶体的晶相结构与形成机制，拓展SAXS技术在纳米技术和生物材料交叉领域的应用，进而探讨化学生物杂交型纳米等离激元超结构的手性光学特征。本项目的预期成果将为研究蛋白质贵金属二元复合体系的超晶格结构与耦合等离激元场激发下手性光学特性的关系提供新的理论基础与技术可能。

金属纳米晶体的超结构材料展示出不同于独立纳米晶体或宏观块体材料的收集特性，超结构材料内部的自由电子收集震荡导致的等离激元共振，继而产生的纳米尺度下的电磁场浓缩引发独特的光学性质。因此，构筑等离激元超晶体正成为高性能超材料领域的研究热点。与目前广泛研究的熵驱动调控的构筑技术相比，探索基于特定空间结构的蛋白质或生物酶导向的无机纳米超晶构筑技术，是更为重要和极具挑战性的。.项目基于上海同步辐射光源展开了自行研发的蛋白结构研究， 通过系列蛋白Lpg0189、PlaA和SOD蛋白结构的解析，筛选蛋白，用于复合组分等离激元石墨烯超结构材料的构筑。我们选取了SOD蛋白，在特定位点突变了SOD二体蛋白形成反平行结构模板，结合石墨烯金微纳材料，形成层状超晶体材料，研究了这类新型材料的增强拉曼光学性质，并将其运用癌细胞的高敏感光学成像。由于层状超晶体材料能有效负载药物分子，能实现癌细胞的高效药物治疗。基于生物酶调控适配体技术，研究了石墨烯基等离激元棒@球超晶格材料的可逆性制备，并将这种开关型超晶格材料，用作超材料增强拉曼传感器用于金属铜离子的超敏感检测。研究复合型表面活性剂导向构筑的平行层状等离激元超晶格体与垂直点状等离激元超晶格体的结构调控构筑，并将垂直点状等离激元超晶格体作为基底，层层万古霉素功能化结合食源性致病菌，用纳米金棒拉曼探针高敏感识别金葡萄球菌。