论文部分内容阅读
近年来,金纳米粒子以其特殊的局部表面等离子共振(LSPR)特性,在生物传感和医疗诊断等领域展现出巨大的应用潜力,成为当下的研究热点之一。而在单个的金纳米粒子基础上,将两个粒子紧紧的连接起来可以构成更为复杂的二聚体结构。二聚体中的两颗金纳米粒子可以互相影响发生耦合共振,在两个粒子的缝隙处产生很强的局部电磁场。与单粒子相比,二聚体具备更强的吸收、散射性质,拓展了其应用范围。以往关于金纳米粒子探针在生物医学等领域的研究与应用多是基于其团聚结构,获得的是探针粒子的平均信号,而本文将金纳米粒子二聚体作为生物分子探针,提出了一种在高汇聚光场下,将多目标的探针粒子从背景噪声中同时提取的方法。该方法可以获取多目标单分子探针的信息,同时克服在生物成像系统中由生物大分子散射信号带来的干扰。本文利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)对二聚体探针的光学性质进行了系统的研究,具体研究内容主要有:1)计算了金纳米粒子二聚体探针的消光特性和近电场分布与入射光偏振态之间的关系,找出在各个激发角度下探针粒子的单一共振波长;2)通过改变二聚体探针的轴线与y轴夹角,分别计算了在高汇聚光照射下探针粒子沿x轴和y轴方向上的散射场分量,并探讨了入射光的偏振态对于探针散射场的影响,另外利用本课题团队搭建的正交偏振成像系统进行了实验验证。3)通过对金纳米粒子二聚体在高汇聚光场下的散射特性的分析,找到在有背景散射信号干扰下将多个探针粒子定位的方法。本文主要有两个创新点:其一,计算了在高汇聚光入射下金纳米粒子二聚体粒子的远场散射对于激发光偏振态的响应,发现当入射光沿y轴偏振,探针粒子在x轴方向上的散射场分量对于探针轴线与入射光偏振态的夹角有很强的依赖性,在该夹角等于45°时,探针粒子可以获得最佳的散射信号,其中最强散射场振幅是最弱的6.71倍,二聚体粒子的耦合增强现象可以通过x分量的散射场体现;另一方面,依据二聚体探针在高汇聚光下的远场散射性质,提出了一种在有背景噪声干扰下对多目标探针识别和定位的方法。