【摘 要】
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圆二色性(Circular dichroism,CD)是指右旋圆偏光和左旋圆偏光的吸收差异。圆二色性光谱技术是检测分子手性的重要方法之一,但由于手性分子的圆二色性(Molecular circular dichroism,MCD)较弱,所以手性分子圆二色性很难被检测到。此外,手性分子的圆二色性信号只有在紫外线波段才能被检测到,然而紫外线曝光会严重损害手性分子样品。先前的研究已经通过表面等离激元增强
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圆二色性(Circular dichroism,CD)是指右旋圆偏光和左旋圆偏光的吸收差异。圆二色性光谱技术是检测分子手性的重要方法之一,但由于手性分子的圆二色性(Molecular circular dichroism,MCD)较弱,所以手性分子圆二色性很难被检测到。此外,手性分子的圆二色性信号只有在紫外线波段才能被检测到,然而紫外线曝光会严重损害手性分子样品。先前的研究已经通过表面等离激元增强技术增强了分子圆二色性,并且发现手性分子与非手性等离激元纳米结构相互作用诱导的圆二色性(Induced circular dichroism,ICD)具有更高的分子手性检测灵敏度,所以诱导圆二色性被认为是一种检测单分子手性的潜在方法。但是诱导圆二色性在产生机理、增强机制和设计增强效果较好的纳米结构等方面需要进一步研究。(1)先前的工作研究了近场在各向同性手性分子与非手性纳米结构相互作用中的作用,但近场对于各向异性手性分子与非手性纳米结构相互作用诱导的圆二色性的影响还需要进一步的研究;(2)虽然大量的实验结果显示了分子手性检测灵敏度能够通过诱导圆二色性增强两个数量级,但是诱导圆二色性的产生机理需要进一步研究;(3)为了达到检测单分子手性的目的,需要进一步增强诱导圆二色性进而提高分子手性检测灵敏度,因此,在诱导圆二色性增强的机制和设计增强效果更好的纳米结构方面需要进一步的研究。本研究的主要工作如下:1、设计了一种手性分子-纳米棒二聚体组成的纳米结构,主要研究了各向异性手性分子诱导的诱导圆二色性特性。研究结果显示,手性分子的取向与电场强度的最大分量平行时,诱导圆二色性达到最大值。此外,电场强度的不同方向分量会产生相反的ICD信号,这导致了 ICD的光谱在分子特定取向的时候发生反转。2、通过手性分子偶极子近似和手性分子与非手性纳米结构近场相互作用近似,研究了诱导圆二色性的产生机制。研究结果表明,手性分子偶极子辐射的电场强度在右旋圆偏光和左旋圆偏光激发下产生了不同的增量,因此手性分子与非手性纳米结构相互作用能够诱导圆二色性。此外,诱导圆二色性与分子手性参数、手性分子密度成正比,并且随着分子与纳米结构距离的减少而增加;诱导圆二色性随着纳米结构中的电场强度及分子区域的磁感应强度的增强而增大。为了验证该理论,研究了手性分子与石墨烯纳米孔组合结构的近场相互作用诱导的圆二色性,理论分析结果与模拟计算结果吻合。3、设计了一种四边形排列的纳米孔阵列,研究了诱导圆二色性且提出了诱导圆二色性的增强机制。通过分析表面等离激元共振模式发现,诱导圆二色性是由于电偶极子和磁偶极子共振的重叠而增强的,而当电偶极子共振或磁偶极子共振消失时,诱导圆二色性也消失。4、设计了一种用来增强分子手性检测灵敏度的十字形纳米孔阵列,通过调控十字形纳米孔结构的厚度实现了 450倍的增强效果。此外,研究了十字形纳米孔结构的长臂和短臂的长度、短臂的错位及十字形纳米孔结构的周期对诱导圆二色性的影响,结果表明分子手性检测灵敏度增强倍数可以通过改变十字形纳米孔结构参数来调控。
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