摘要
双光子荧光(TPL)技术具有良好的穿透性和极高的空间分辨率，被广泛应用于细胞成像和生物检测等领域，但是生物样本双光子自发荧光比较弱，很难得到清晰的成像，这严重制约了TPL成像技术进一步发展。金纳米三角板具有近红外等离子体共振吸收和超强的尖端电场增强等特性，是提高生物TPL成像亮度的最佳纳米材料之一，但是，目前未能得到高纯度的金纳米三角板，这阻碍了金纳米三角板的广泛应用。金微米板的尺寸处于金纳米材料和金薄膜之间，具有一些显著的优势，比如在远场光学显微镜下可见，边界的局域电场增强明显等，其有望应用于生物检测等领域。但是，关于金微米板的理论和实验研究还比较少，这阻碍了金微米板的深入应用。基于这两点，本文重点开展了两方面的工作:一是利用密度梯度离心法(DGC)分离提纯了金纳米三角板;二是利用双光子荧光显微镜研究了金微米板的TPL和二次谐波(SHG)特性，取得了以下创新成果: (1)利用DGC得到了纯度高达90％的金纳米三角板溶液。金纳米三角板由柠檬草提取液还原氯金酸制备而得，在合成阶段，我们优化柠檬草提取液浓度，得到了纯度较高的金纳米三角板;在分离阶段，我们利用DGC将金纳米三角板与杂质颗粒分离开来，最终得到了边长为210±25nm，纯度高达90％的金纳米三角板，如此高纯度的金纳米三角板足以用于生物成像、检测和示踪。 (2)柠檬草提取液还原氯金酸制备出边长为1～3um、厚度为20～30nm的金微米板，然后利用双光子荧光显微镜研究了其TPL和SHG特性。研究发现，金微米板的TPL强度与激发光功率的平方成正比;金微米板边界的TPL强度依赖于激发光偏振方向，激发光偏振方向与边界取向的夹角θ在0～90°范围时，金微米板边界的TPL随θ增加而增强;金微米板的TPL强度具有激发光波长依赖性，随着激发光波长红移而逐渐减弱，但是在820～840nm波段有一个吸收峰;金微米板SHG强度也具有激发光波长依赖性，随着激发光波长红移而逐渐增强。 (3)有限元法(FEM)是求解偏微分方程的一种有效的数值计算方法，广泛地应用于光学、电学、力学、热学和声学等研究领域，已成为科学研究和工程分析的重要方法和手段。本文利用有限元法计算了金纳米材料的局域电场增强效应，证明了金纳米三角板的局域电场增强大于金纳米棒;金纳米球二聚体的局域电场增强随球面间距的增加而迅速衰减。计算了金微米板边界的双光子荧光强度，发现其依赖于激发光偏振方向与边界取向的夹角θ，当θ在0～90°范围时，边界的双光子荧光强度随θ增加而增强。
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