摘要
随纳米科学技术发展，基于金纳米粒子（gold nanoparticle，AuNP）的光学传感技术，因简捷、快速和可视化等优点，在食品检测、医学诊断和信息存储等领域表现广泛应用价值。目前关于纳米金检测方法主要依赖于金纳米球（gold nanosphere，AuNS）。因AuNS各向同性的结构特点，其对周围介电环境变化表现得不灵敏，限制了其在光学传感领域的应用。各向异性的三角形金纳米片（gold nanoplate，AuNPL）相较于各向同性的AuNS，其具有局域表面等离子体共振（local surface plasmon resonance，LSPR）的优越光学特性。其尖端和边缘部位对周围介电环境变化相当敏感，具有比两个平滑表面更高的界面活性。目前关于AuNPL的合成方法虽已成熟，但对其应用研究还不多，AuNPL在光学传感领域的应用还未得到拓展。 为探索和研究AuNPL在光学传感领域的应用，本研究基于AuNPL的各向异性结构及其较高的界面活性，利用金汞融合、脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和4-巯基苯甲酸（4-thiosalicylic acid，MBA）分别调控金纳米片界面性质实现汞离子（Hg2+）光学检测、两种DNA的检测并合成具有增强性能的表面增强拉曼散射（surface enhanced raman scattering，SERS）基底。具体内容和结果如下： （1）Hg2+调控AuNPL界面结构变化构建重金属Hg2+的光学检测传感器。优化传感体系的稳定性和反应时间。系统考察比较了AuNPL、银纳米片（silver nanoplate，AgNPL）和金包银纳米片（gold-coated silver nanoplate，Ag@AuNPL）在融合检测Hg2+方面的传感能力。结果显示：AuNPL和Ag@AuNPL利用聚脱氧胞嘧啶（polydeoxycytosine，polyC）组成的DNA低聚物C15作为银离子（Ag+）掩蔽剂，其对Hg2+表现出良好选择性，但检测限可达几十纳摩尔；而AgNPL对Hg2+表现出较高的等离子敏感性，检测限低至13nM，但其自身化学性质不稳定，对Hg2+选择性一般。 （2）DNA调控AuNPL界面性质实现两种DNA的检测。该方法具有区分末端单碱基差异DNA序列的潜力。根据AuNPL界面反应活性不同这一特性，在AuNPL界面实现两种不同DNA的区域性选择修饰，通过两种DNA的修饰使得AuNPL具备检测两种DNA的能力。结果显示第一段DNA（DNA1）对AuNPL边缘的修饰选择性为80%，而另一段DNA（DNA2）对上下平面的修饰选择性为66%。进一步探究AuNPL界面的双链DNA（double-stranded DNA，dsDNA）末端碱基配对状态对其组装行为的影响，以期实现两种DNA的检测。电子透射显微镜表征发现，在两种不同DNA存在下，AuNPL实现面对面或边对边的定向组装，可通过其组装形态检测两种不同的DNA序列，为单碱基差异DNA序列的辨识提供了潜在方案。 （3）MBA调控AuNPL界面性质实现优越拉曼增强基底的多级纳米结构合成。利用MBA分子对AuNPL界面的钝化作用和金原子对AuNPL界面的沉积作用之间的动态竞争，在AuNPL界面生长出线状多级纳米结构，并评估其SERS增强效果。结果发现，多级纳米结构的形貌（球或线的尺寸粗细）可由MBA浓度等因素调控；线状多级纳米结构与光滑的AuNPL相比，其拉曼信号强度提高一个数量级以上。 综上，本研究基于AuNPL的光学性质及其对界面细微变化的灵敏响应，通过对其结构和界面调控构建了灵敏的光学检测方法。分别建立了Hg2+光学检测方法，实现两种DNA的检测，合成了具有优越SERS信号增强效果的多级纳米结构。本研究有助于丰富和加深对AuNPL结构和界面性质的理解认识，对纳米分析技术的应用和拓展具有一定的借鉴意义，并有望应用于食品安全和环境监测领域。
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