將金納米顆粒固定在自組裝的單層金上。單分子層鏈端上的官能團促進了金納米顆粒在層上的錨定。多參數表面等離子體共振(MP-SPR)可以實時測量金納米顆粒與表層的結合情況。

簡介

       金納米顆粒(AuNPs)表現出有趣的光學和電子特性，在傳感器、催化、電子、光子學、太陽能電池、癌癥診斷和治療等領域都有應用。在許多這些應用中，需要在固體界面上控制金納米顆粒的附著。雖然已經開發了許多方法來制造金納米粒子組件，但開發簡單有效的路線仍然是非常有吸引力的。通常，固定化可以使用納米顆粒和襯底之間的共價或靜電相互作用來進行。在這項研究中，功能分子被用于將金納米顆粒連接到固體表面。具有官能團的分子可以以可控的方式附著在固體表面，并允許納米顆粒固定(圖1)。
 
       SPR現象是基于在金屬表面共振的自由電子，這些電子被可見光或近紅外光激發。吸收最大值是入射光角度的函數，SPR現象高度依賴于金屬表面附近的介電常數。表面附近的任何變化，如納米顆粒的結合，都會最大程度地改變吸收的角度。利用SPR現象，多參數表面等離子體共振(MP-SPR)是測量實時表面相互作用和層性質的靈敏工具。MP-SPR在寬角度范圍內測量，監測整個SPR曲線，不僅可以觀察到SPR峰值最小位置，還可以觀察到其他參數，如峰值最小強度，從而可以將光吸收樣品作為金屬納米顆粒進行測量。

材料和方法

       根據Turkevich的方法制備了平均直徑為50 nm的AuNPs，并進行了Frens的修飾。將顆粒用水洗滌，并將溶液的pH調至6.5。承載金錨定基團的雙功能分子自組裝在金傳感器載玻片上，以方便SPR測量。在組裝單層之前，傳感器載玻片在熱過氧化氫/氫氧化銨/水溶液(1/1/5)中清洗并用水沖洗。

       使用BioNavis SPR Navi™210A-L儀器在670和785nm兩個波長下測定AuNPs與表面單層的結合。用水沖洗單層表面，測定基線，以10 μL/min的速度在表面注入AuNPs，持續約10分鐘。AuNP注射三次，每次注射之間用水沖洗。

結果和討論

       在兩個波長(670 nm和785 nm)下，表面等離子體共振效應對應的反射率最小，但在不同的內部入射角下，如圖2a和b(左邊第一條曲線)所示。670 nm處的共振曲線比785 nm處寬。當在表面注入aunp時，曲線的角度位置發生了變化，曲線的最小強度也發生了變化(圖2和3)。這可以歸因于金納米顆粒沉積在表面時金層的實際折射率的變化，但也歸因于納米顆粒的表面等離子體效應。        MP-SPR能夠檢測到共振角的大位移，因為測量的角度范圍很寬。可以監測整個SPR曲線，不僅可以觀察到納米顆粒與表層結合過程中SPR峰的最小位置，還可以觀察到峰值最小強度和總內反射(TIR)的變化。TIR區域對消失場(體)外介質的光學特性很敏感，而SPR峰值強度給出了光吸收和層的均勻性的信息。可以觀察到共振曲線向較大入射角的移位。共振曲線變寬，但共振最小值的強度也向上移動。

結論

       在金表面組裝具有官能團的單層膜可用于金納米粒子的偶聯。在這項研究中，MP-SPR被證明是實時測定金屬納米顆粒沉積到表面層的獨特方法。AuNPs表現出強烈的表面等離子體共振，當納米顆粒與表面層相互作用時，MP-SPR甚至可以觀察到很大的響應。鏈末端的官能團可以錨定金納米顆粒，甚至嵌入到鏈中。MP-SPR是一種獨特的工具，用于研究金屬納米顆粒在傳感器、電子、光子學、太陽能電池或癌癥診斷和治療中的應用。