一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构及其应用制造技术

本发明专利技术属于生命科学中的分子识别与纳米探针技术领域，尤其涉及到一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构及其应用。通过纳米棒与另外一个芯壳纳米粒子的LSPR共振耦合作用，补偿其短轴方向上缺失的红外性能，从而去除纳米棒对偏振态的依赖关系，实现无需匹配激发光的偏振态与长轴的平行关系，自动获得纳米棒的最优近红外波段吸收。

An isomeric structure of nanorods independent of the polarization direction of IP and its application

【技术实现步骤摘要】
一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构及其应用
本专利技术属于生命科学中的分子识别与纳米探针
，尤其涉及到一种对激发光偏振态不敏感的异构二聚体纳米粒子结构及其应用。
技术介绍
金、银、铂等贵金属纳米结构由于其独特的局部表面等离子体共振效应(LSPR)，在可见光-近红外波段展现出强烈的吸收性质，使得这些纳米结构粒子在生命科学研究中备受瞩目。尤其是金纳米结构因其表面易于进行化学修饰、生物相容性好等优势，更是在生物传感、生物成像、表面增强拉曼散射、光热诊疗、药物传递等纳米探针相关生医领域展现出广泛的应用前景。在众多具有LSPR效应的纳米结构中，金纳米棒由于可在近红外(NIR)波段产生很强的吸收，对组织细胞具有较强的穿透性，近年来其在纳米生物医学的基础和应用研究中表现尤为抢眼，例如利用金纳米棒强吸收特性替代造影剂来配合X射线CT成像；在暗场显微镜下观察细胞与杂化了金纳米棒的分子相互作用，其近红外特性可以有效替代自体荧光特性产生的误差；在已恶化的癌细胞研究中用特定波长低功率激光照射，利用光热作用也会导致金纳米棒标记的恶性细胞死亡。贵金属纳米结构的LSPR性能强烈依赖于其自身的结构参数，包括几何尺寸、粒子形状与间距、所处环境的介电常数等，通过调整上述结构参数，可人为选择特定的LSPR吸收峰波长。通常情况下，对于直径小于60nm的球形实心纳米粒子，其峰值吸收波长约为532nm，对于这样简单的结构很难将其吸收波长大幅度红移到近红外波段。而700nm～1200nm波段却是生医研究中理想的“光学窗口”，因为此波段可以很好的避开水的吸收干扰。金纳米棒受到青睐得以大量研究的主要原因之一在于其在近红外波段的光学性能。这些性能取决于其自身的结构参数，简单的通过控制纳米棒的长轴长度、长短轴比例，就可大幅度的红移峰值吸收波长到近红外波长。但是纳米棒的最优近红外波段的吸收需要匹配激发光的偏振态平行于纳米棒的长轴。例如直径为50nm轴长为136nm的圆柱形金纳米棒，当偏振态平行于轴时，其LSPR吸收峰波长约为880nm，当偏振态垂直于轴时，所激发的LSPR吸收峰约为520nm，当偏振态与纳米棒的长轴产生夹角时，随着偏振态在长轴方向上分量的减小，880nm的吸收强度快速减小。为了在880nm获得最优吸收性能，需要控制激发光的偏振态平行于长轴。当金纳米棒作为纳米探针在生医相关领域应用时，其自然姿态随机，很难获得纳米棒的准确方向，因此不受激发光偏振态的方向限制且能自动激发纳米棒最优的近红外性能的方法在相关领域极为期待，但是相关研究鲜有报道。基于此，本申请提供了一种基于纳米棒的异构双粒子结构，通过纳米棒与另外一个粒子的LSPR共振耦合作用，补偿短轴方向上缺失的红外性能，从而去除纳米棒对偏振态的依赖关系。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于纳米棒的异构双粒子结构，通过纳米棒与另外一个芯壳纳米粒子的LSPR共振耦合作用，补偿短轴方向上缺失的红外性能，从而去除纳米棒对偏振态的依赖关系。该纳米棒异构二聚体结构优化了单个纳米棒的近红外性能，可有效应用于有“光学窗口”要求的应用领域。本专利技术的技术方案：一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构，通过纳米棒与芯壳纳米粒子间的表面等离子体共振耦合作用红移纳米棒短轴的等离子模式，使其共振波长与长轴吸收峰重合，从而去除长轴的近红外模式对偏振态的依赖关系；所述纳米棒异构结构的特征如下：i.该结构为纳米棒与芯壳纳米粒子形成的异构二聚体结构；ii.两种粒子的结合点位于纳米棒长轴的中点；iii.纳米棒在激发光的作用下，随着偏振态平行或垂直于长轴，分别产生LSPR吸收峰λ1和λ2，芯壳纳米粒子结构参数的确定原则为：芯壳纳米粒子与纳米棒进行LSPR耦合作用，能将λ2峰红移到λ1。所述的纳米棒异构结构中，芯壳纳米粒子的结构可进行演化，演化结构包括实芯金球结构、空芯芯壳结构、实芯芯壳结构、实芯半壳结构等以适应不同吸收波段需要。纳米棒与芯壳纳米粒子各自的光学性质不同于两者组合后所形成的异构二聚体纳米粒子的光学性质，其光学性质的变化用于单分子的高特异性探测与识别。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种基于纳米棒的异构双粒子结构，无需匹配激发光的偏振态与长轴的平行关系，在两者的任意夹角下可自动获得纳米棒的最优近红外波段吸收。附图说明图1分别是单个金纳米棒结构、纳米棒与空芯芯壳异构二聚体结构在吸收光谱特性曲线；图2是单个金纳米棒随入射光偏振态方向旋转的吸收光谱特性变化曲线,角度为纳米棒的长轴与线偏振光的电场方向夹角；图3是金纳米棒芯壳异构二聚体随入射光偏振态方向旋转的吸收光谱特性变化曲线，角度为纳米棒的长轴与线偏振光的电场方向夹角。具体实施方式下面结合附图和技术方案，对实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1单个金纳米棒的吸收特性曲线及用空芯芯壳粒子补偿之后的异构二聚体的吸收特性曲线，该金纳米棒的几何尺寸为短轴半径25nm，长轴为136nm的结构，金纳米芯壳为外径60nm，壳厚5nm的空芯结构。如图1所示，金纳米棒的长轴中心线与线偏振光电场方向平行时，得到该吸收峰波长处的最佳光学特性，随夹角的增加至90度，该吸收峰峰值显著下降；而补偿后的异构二聚体在吸收峰波长处峰值随着线偏振光电场方向的旋转几乎不变。以纳米棒粒子的长轴方向设定为Y轴方向，长轴中心线与芯壳中心点所在的平面为YZ平面，激发光以X轴负向入射，线偏振光电场方向在YZ平面内旋转，当线偏振光电场方向与Y轴平行，即与纳米棒长轴方向平行时，设定为0°角，线偏振光电场方向与Y轴的夹角设为θ。在单个的金纳米棒的吸收光谱中θ为0°和90°时，分别得到865nm和520nm两个吸收峰。在异构二聚体的吸收光谱中θ为0°时，激发光与长轴方向的光学特性匹配，体现为纳米棒长轴的吸收峰880nm；为补偿优化其短轴方向(即θ为90°时)的光学特性，本专利技术在纳米棒短轴侧中点结合一个空芯芯壳粒子，间距为1nm，使得两种异构纳米粒子间产生LSPR耦合共振，从而使短轴方向与激发光偏振态匹配时的吸收峰大幅红移至880nm；θ从0°增大至90°过程中，短轴方向偏振态分量激发异构二聚体的耦合，使其在880nm处的吸收截面快速增大，以补偿长轴方向偏振态分量减小导致吸收截面积在880nm处的下降。本专利技术公开了一种对激发光偏振态不敏感的异构二聚体纳米粒子结构，如图1中点虚线所示，利用两个不同结构的纳米粒子间的局域表面等离子体共振耦合，实现对单一金纳米棒粒子结构激发光偏振态短轴侧在880nm所缺失光学性能的补偿，从而去除纳米棒结构粒子吸收性能对激发光偏振态的依赖性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构，其特征在于，通过纳米棒与芯壳纳米粒子间的表面等离子体共振耦合作用红移纳米棒短轴的等离子模式，使其共振波长与长轴吸收峰重合，从而去除长轴的近红外模式对偏振态的依赖关系；所述纳米棒异构结构的特征如下：/ni.该结构为纳米棒与芯壳纳米粒子形成的异构二聚体结构；/nii.两种粒子的结合点位于纳米棒长轴的中点；/niii.纳米棒在激发光的作用下，随着偏振态平行或垂直于长轴，分别产生LSPR吸收峰λ

【技术特征摘要】
1.一种不依赖激发光偏振方向的纳米棒异构结构，其特征在于，通过纳米棒与芯壳纳米粒子间的表面等离子体共振耦合作用红移纳米棒短轴的等离子模式，使其共振波长与长轴吸收峰重合，从而去除长轴的近红外模式对偏振态的依赖关系；所述纳米棒异构结构的特征如下：
i.该结构为纳米棒与芯壳纳米粒子形成的异构二聚体结构；
ii.两种粒子的结合点位于纳米棒长轴的中点；
iii.纳米棒在激发光的作用下，随着偏振态平行或垂直于长轴，分别产生LSPR吸收峰λ1和λ2，芯壳纳米粒子结构参数的确定原则为：芯壳纳米粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪昕，岳明亮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21