納米金屬顆粒動(dòng)態(tài)可控SERS系統(tǒng)的優(yōu)化分析.pdf

1、拉曼光譜攜帶有分子的指紋信息，可以作為分子檢測(cè)的手段，但是由于拉曼信號(hào)非常弱限制了其發(fā)展應(yīng)用。表面增強(qiáng)拉曼光譜（Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）是一種利用金屬結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的表面電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)拉曼信號(hào)增強(qiáng)的技術(shù)。為利用 SERS技術(shù)的分子檢測(cè)能力來(lái)獲取細(xì)胞或者其他物質(zhì)的表面信息，我們?cè)诮诎l(fā)展了基于光鑷技術(shù)的動(dòng)態(tài)可控的SERS系統(tǒng)：通過(guò)徑向偏振光束緊聚焦，在銀膜表面激發(fā)高電磁場(chǎng)梯度的表面等離激元

2、電磁場(chǎng)，提供較強(qiáng)的梯度力來(lái)操控金屬納米顆粒，其與銀膜表面構(gòu)建動(dòng)態(tài)間隙結(jié)構(gòu)，在兩者之間形成超高的電磁場(chǎng)增強(qiáng)，對(duì)位于其中的拉曼分子信號(hào)提供約為數(shù)量級(jí)的增強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，并且該耦合場(chǎng)使得本系統(tǒng)具有超衍射極限的分辨能力。本文主要針對(duì)該系統(tǒng)做了一系列的優(yōu)化和分析工作，包括對(duì)納米顆粒的選取以及熱效應(yīng)對(duì)空間分辨率的影響。
　　針對(duì)不同尺寸的金納米顆粒電場(chǎng)局域效果不同，不同尺寸顆粒具有不同的增強(qiáng)效果，本文分析結(jié)果顯示顆粒直徑在100納米左右時(shí)，場(chǎng)增

3、強(qiáng)效果達(dá)到最大，由于拉曼信號(hào)的增強(qiáng)與場(chǎng)增強(qiáng)的四次方成線性關(guān)系，故采用直徑100納米的金顆?？梢匀〉米罴训腟ERS信號(hào)。但除此之外，同時(shí)還需要考慮本系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可控性，即選取的顆粒能否被表面電場(chǎng)穩(wěn)定地捕獲，這也是選取不同顆粒的重要標(biāo)準(zhǔn)，因此本文系統(tǒng)研究了金納米顆粒在光鑷系統(tǒng)中的受力情況。經(jīng)分析得知，由徑向偏振光束聚焦耦合形成的表面等離激元電場(chǎng)的虛擬探針位置即為穩(wěn)定捕獲的位置，該點(diǎn)滿足顆粒受力為零，當(dāng)顆粒偏離該點(diǎn)時(shí)回復(fù)力仍指向該“0-作用力”

4、位置。本文還進(jìn)一步通過(guò)模擬耦合場(chǎng)分布分析了不同尺寸的顆粒可達(dá)到的最佳的空間分辨率，證實(shí)了采用優(yōu)化的顆?？梢詫?shí)現(xiàn)最佳的增強(qiáng)效果和較為理想的空間分辨率。
　　在表面等離激元系統(tǒng)中，金屬結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)產(chǎn)生熱吸收，相應(yīng)的熱效應(yīng)也會(huì)影響本文所探討實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分辨率。本文分析了金屬顆粒和金屬膜熱吸收效應(yīng)以及其導(dǎo)致的對(duì)流和布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，分析結(jié)果表明：對(duì)流現(xiàn)象對(duì)保持系統(tǒng)分辨率穩(wěn)定性是起到正向的作用，對(duì)流力指向中心位置，當(dāng)顆粒偏移中心位置時(shí)，對(duì)流力