熒光探針是一類在紫外-可見-近紅外區(qū)有特征熒光的分子，它們就像黑夜中的燈塔為科研工作者照亮了從微觀到宏觀各個層次上豐富多彩的生命現(xiàn)象，例如細胞凋亡。目前熒光探針已被廣泛應用于分子檢測和生物成像。然而傳統(tǒng)的熒光探針存在穩(wěn)定性差、容易發(fā)生熒光漂白、譜峰寬容易重疊、容易受到背景熒光的干擾等缺陷。與之相比，基于表面增強拉曼光譜的納米探針具有信號強且穩(wěn)定、譜峰窄、不易漂白、特異性好等優(yōu)點。因此，越來越多的研究者將目光投向這一領(lǐng)域。
拉曼光譜是一種散射光譜，與分子鍵的振動和轉(zhuǎn)動有關(guān)，因此它可以作為分子鑒別的手段。傳統(tǒng)的拉曼散射光信號較弱，但如果將分子吸附在納米材料上，其拉曼光譜信號可以獲得高達一百萬倍以上的增強，這一現(xiàn)象稱為表面增強拉曼效應。制備一個合適的納米材料是獲得高性能表面增強拉曼納米探針的關(guān)鍵，也是材料領(lǐng)域研究人員的關(guān)注點之一。
該團隊通過實驗和理論上對核殼納米探針的等離激元耦合效應的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的理論模型已經(jīng)無法預測具有亞納米縫隙核殼探針的近場和遠場光學屬性，需要引入量子效應和電荷轉(zhuǎn)移效應來修正。此外，亞納米縫隙核殼探針的表面增強拉曼光譜結(jié)果也表明在這種窄縫隙中有較強的電荷轉(zhuǎn)移作用。該研究表明亞納米尺度下材料的光學屬性可能與傳統(tǒng)理論所預期的完全不同，因此將可能進一步引導產(chǎn)生適用于該尺度的新理論，推動新型的量子等離激元納米結(jié)構(gòu)和表面增強拉曼納米探針的發(fā)展。這項工作與美國萊斯大學的Peter Nordlander教授、西班牙國家材料物理中心的Javier Aizpurua教授和法國巴黎南大學的Andrei G. Borisov教授進行了合作。相關(guān)研究成果以林俐為共同第一作者，葉堅為共同通訊作者近期發(fā)表于《Nano Letters》(2015, 15, 6419-6428)。
另外，該團隊還進一步制備出具有亞納米縫隙多層核殼結(jié)構(gòu)的表面增強拉曼納米探針，通過調(diào)節(jié)外殼的數(shù)量，實現(xiàn)納米探針拉曼光譜強度的調(diào)控;通過替換縫隙中的拉曼分子，實現(xiàn)納米探針拉曼光譜峰位的調(diào)控。這項技術(shù)使得表面增強拉曼納米探針的性能得到大幅度的提高，有望在高靈敏度的多指標分子檢測和快速的多組分生物成像領(lǐng)域得到廣泛應用。相關(guān)研究成果以林俐為第一作者，古宏晨和葉堅為共同通訊作者近期發(fā)表于《Chemical Communications》(DOI: 10.1039/C5CC06599B)。
該項研究工作得到了國家青年千人資助計劃、國家自然科學基金和上海市自然科學基金的支持。
