贵金属纳米粒子（金、银、铜等）具有优异的光学性质以及良好的生物相容性被应用于催化、生物成像以及传感器等多个领域。由于纳米粒子形貌和尺寸之间的差异性，无法确保每个纳米粒子具有相同的催化活性、表面修饰以及晶面结构，对单个纳米粒子的研究显得尤为重要。利用暗场成像技术，实现了单个纳米粒子等离子体共振散射光谱的在线监测，促进了单颗粒水平检测的发展。通过对单个纳米粒子的光谱分析，能够有效排除溶液体系中纳米粒子由于形貌差异所造成的光谱影响，拓展了纳米粒子的应用范围。将暗场成像技术与电化学检测技术联用，本文考察了单个纳米粒子表面电荷转移对其散射光谱的影响，在线监测了单个纳米粒子尺度上电化学反应过程的电荷得失;通过单个纳米粒子的散射光谱，建立了一种在线检测单个纳米粒子化学反应的新方法;将等离子共振散射光谱与Drude模型、离散偶极近似模拟相结合，用实验、计算以及模拟的结果解释了复杂反应体系下化学反应过程的机制;利用等离子体共振能量转移效应制备的纳米传感器，排除细胞内多种干扰物的影响，实现了mRNA的在线检测。具体的研究内容如下:　　1.单个纳米粒子表面电荷转移过程的研究　　将暗场显微镜与电化学技术联用，采用传统的三电极体系，在线监测了单个纳米粒子表面的电荷转移过程对其散射光谱的影响。通过对纳米粒子施加长时间的恒电位，降低溶液流动以及温度波动对纳米粒子散射光谱的影响，保证了纳米粒子表面电荷密度的稳定性。不同电位下金纳米粒子的散射光谱变化表明，金纳米棒比金纳米球对电荷密度的响应更灵敏。通过在纳米粒子表面修饰含有巯基的多巴胺衍生物，进一步研究了电化学反应过程中电荷转移对纳米粒子散射光谱的影响。根据金纳米粒子的尺寸，计算了单个纳米粒子表面电荷密度和其散射峰之间的关系，为单个纳米粒子尺度上电荷转移过程的研究提供新的依据。　　2.暗场光谱实时监控单个金纳米棒形貌变化的研究　　基于金纳米棒散射光谱对其形貌变化的灵敏响应，本文构建了一种能够快速估算金纳米棒形态学变化的方法。通过金纳米棒两端的选择性保护，实现了金纳米棒两侧的定向刻蚀反应，建立了金纳米棒散射波长的变化量与其两侧刻蚀反应之间的对应关系。并通过理论计算，确立了单个纳米粒子散射光谱与其离心率之间的关系。实现了实验与计算结果的相互印证。该方法与传统的透射电镜、扫描电镜相比较，具有样品制备简便，成本低廉，光谱采集迅速、受环境限制低等优点，发展了单个金纳米棒形貌表征的新方法。　　3.单个金纳米粒子表面氧化还原反应的散射光谱研究　　利用暗场显微镜与离散偶极近似模拟，本文在线观测了单个纳米粒子表面氧化还原反应过程。利用高斯09软件，计算了氢醌与硝酸银反应体系中自由能变化，与实验中纳米粒子散射光谱的变化相结合，得到单个纳米粒子尺度上氧化还原反应的机制。当pH小于7.0时，氢醌优先与空气中的氧气发生反应生成过氧化氢，抑制氢醌与硝酸银之间的氧化还原反应，金纳米粒子的散射光谱也无明显位移。当pH大于7.0且小于9.2时，氢醌优先与银离子发生氧化还原反应，溶液中生成的银原子以银纳米粒子的形式吸附到金纳米粒子表面，造成金纳米粒子散射光谱的红移。当pH大于9.2时，银离子主要以氧化银的形式存在于溶液中，当氢醌与氧化银发生反应后，溶液中生成的银原子主要以银层的形式覆盖到金纳米粒子表面，导致金纳米粒子散射光谱的蓝移。通过离散偶极近似模拟，进一步揭示了不同pH下金纳米粒子散射光谱的变化过程，且模拟结果与实验结果相一致。利用这一方法可以为生物体内癌细胞识别提供了新的解决方法。　　4.基于PRET效应的生物传感器对细胞体内mRNA的在线检测　　本文利用金纳米粒子制备了具有等离子体共振能量转移(PRET)响应的纳米传感器，实现了细胞内mRNA的检测。通过单个金纳米粒子散射光谱强度和峰位置的变化，得到细胞体内mRNA的真实信号，并排除了细胞内多种干扰物质的影响。实验结果表明，含有巯基的氨基酸或核酸内切酶均会对mRNA的检测造成干扰，导致荧光基团远离金纳米粒子的表面，在暗场光谱中表现为散射光谱的强度和峰位置的变化，而真实mRNA信号只会影响散射光谱的强度。因此，利用金纳米粒子散射光强度和峰位置的双通道检测信号，能够排除细胞体内假阳性信号的干扰，实现复杂体系下mRNA的在线检测过程。