【導(dǎo)讀】主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)傳感器和分析測(cè)試儀器打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為此，我們需要解決的。雜的電荷和能量轉(zhuǎn)移機(jī)理。SERS基底材料的拓展。雖然已經(jīng)從金、銀和銅拓展到其它過(guò)渡金屬體。發(fā)展超高靈敏度的SERS傳感器和分子器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)之一是。迄今對(duì)光、分子和納米結(jié)構(gòu)三者相互作用的理論模型和計(jì)算方法尚未建立，制淬滅的效應(yīng)；熒光的表面增強(qiáng)效應(yīng)只作用于離金屬納米結(jié)構(gòu)很近的分子，結(jié)構(gòu)體系來(lái)高效地、穩(wěn)定地、可控地探測(cè)目標(biāo)分子。物種的高效分離。表面等離子體光子學(xué)特性。探索利用可調(diào)光柵的動(dòng)力學(xué)特征和其表面等離子體光。利用消光光譜和暗場(chǎng)散射光譜研究納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振頻率。瞬態(tài)吸收光譜研究金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體激元的形成、演化和衰減過(guò)程，構(gòu)體系提供幫助。間的關(guān)系，以探尋用表面等離子體共振控制電子輸運(yùn)的可能性。拉曼活性探針分子及表面活性中心的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。度及分布不均勻的問(wèn)題。助下的單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移，從而揭示以質(zhì)心為中心的分子運(yùn)動(dòng)。

　　

【正文】 納流技術(shù)，并結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)熒光探測(cè)技術(shù)，發(fā) 展實(shí)用、高效和高特異性的表面增強(qiáng)光譜傳感器。 研究?jī)?nèi)容： 金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)熒光的作用既有增強(qiáng)又有淬滅，如何在增強(qiáng)的同時(shí)減少淬滅是表面增強(qiáng)熒光研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。我們將通過(guò)制備新型金屬納米結(jié)構(gòu)體系，研究不同大小和形狀的金屬納米顆粒、殼層金屬納米結(jié)構(gòu)、自組裝的金屬納米結(jié)構(gòu)和人工微結(jié)構(gòu)基底對(duì)增強(qiáng)熒光和減少淬滅的作用，研究隔離層和周圍環(huán)境對(duì)表面增強(qiáng)熒光的影響，發(fā)展相應(yīng)的理論模型，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的表面增強(qiáng)熒光的新納米結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)熒光光譜探測(cè)技術(shù)發(fā)展相 19 應(yīng)的表面增強(qiáng)光譜傳感器。 課題間的相互關(guān)系及 與項(xiàng)目的總體目標(biāo)和五年預(yù)期目標(biāo)的關(guān)系： 本項(xiàng)目將研究基于表面等離子體共振的新納米結(jié)構(gòu)體系中的基本科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展相應(yīng)的制備和表征方法，建立新的理論模型，并發(fā)展動(dòng)態(tài)可控的超高靈敏度表面等離子體共振傳感器和高特異性的表面增強(qiáng)光譜傳感器。這些研究是密切聯(lián)系的，并相互補(bǔ)充，是一個(gè)有機(jī)的整體。其中，第一個(gè)課題側(cè)重于表面等離子體光子學(xué)的研究，以構(gòu)筑可控新金屬納米結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ)，以各種光學(xué)表征、飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)光譜和相應(yīng)的量子理論模型為手段，全面構(gòu)建完整的關(guān)于表面等離子體光子學(xué)的理論體系。以課題一為基礎(chǔ)，后三個(gè)課題主要解決 表面等離子體共振傳感器、表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)熒光光譜傳感器在新納米結(jié)構(gòu)體系中表現(xiàn)出的重大基本科學(xué)問(wèn)題，以及在傳感器應(yīng)用方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以完善的理論體系為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)新的納米尺度的表征方法和新的探測(cè)原理，發(fā)展基于表面等離子體共振的動(dòng)態(tài)可控、高通量和高特異性的傳感器技術(shù)。這三個(gè)課題各有側(cè)重，分別是：課題二，動(dòng)態(tài)可控的超高靈敏度表面等離子體共振傳感器；課題三，納間隙結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)及表征新技術(shù)；課題四，高特異性的表面增強(qiáng)光譜傳感器。對(duì)新納米結(jié)構(gòu)體系中表面增強(qiáng)熒光光譜的機(jī)理研究主要包括在課題四中。盡管 這三個(gè)課題的側(cè)重點(diǎn)不同，但它們所依賴的基本原理、制備技術(shù)和應(yīng)用對(duì)象都具有非常密切的相關(guān)性，是在第一個(gè)課題基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的具有廣闊應(yīng)用前景的超靈敏傳感技術(shù)，而本身包含的科學(xué)問(wèn)題涉及到光、分子和金屬納米結(jié)構(gòu)的相互作用，是具有非常重要的科學(xué)意義的。 課題的設(shè)置既重視基礎(chǔ)的研究，也重視應(yīng)用的研究。同時(shí)，通過(guò)各個(gè)課題之間的密切合作，互通有無(wú)，也鍛煉了我國(guó)在超靈敏傳感器研究方面的高水平研究團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)大量的優(yōu)秀人才，提高我國(guó)在超靈敏傳感器方面的研究水平和能力。這與項(xiàng)目的總體目標(biāo)是密切相關(guān)的，是總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和有效保障 。在項(xiàng)目執(zhí)行的前五年期間，該課題的設(shè)置也是實(shí)現(xiàn)五年預(yù)期目標(biāo)的非常有效的組織方式，可以保證五年預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 20 四、年度計(jì)劃 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 探索各類基本和相對(duì)獨(dú)立納米結(jié)構(gòu)條件下的 SPR 響應(yīng)特性；研究在特定基底或材料上制備高密度、多維復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)體系的微納尺度圖形的設(shè)計(jì)、加工和調(diào)控的工藝；研究制備基于波導(dǎo)耦合 SPR 或長(zhǎng)程 SPR模式的可調(diào)諧 SPR 結(jié)構(gòu)； 研究硅材料與金屬納結(jié)構(gòu)界面的 SERS 光譜；結(jié)合掃描探針顯微技術(shù)和表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)研究表面各種端基、保護(hù)基和化學(xué)修飾官能團(tuán)的表面微結(jié) 構(gòu)以及硅表面與納米結(jié)構(gòu)的相互作用；表征不同形狀、大小、材料的納米粒子 /結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)；嘗試將量子小體系嵌入大的經(jīng)典等離子外場(chǎng)中的半經(jīng)典理論方法，從頻率空間和實(shí)時(shí)空間同時(shí)進(jìn)行嘗試。 發(fā)展出穩(wěn)定的在超導(dǎo)體以及各類相關(guān)材料上加工各類微納尺度圖形的工藝； 設(shè)計(jì)出具有極大增強(qiáng)效應(yīng)的新型納米結(jié)構(gòu)和新型的采譜方式；獲取表面各種端基、保護(hù)基和化學(xué)修飾官能團(tuán)的表面微結(jié)構(gòu)信息以及硅表面與納米結(jié)構(gòu)作用的信息； 掌握電子束刻蝕技術(shù)與納米壓印技術(shù)相結(jié)合的制備納米結(jié)構(gòu)的方法，從而制作出高質(zhì)量的周期性納米結(jié)構(gòu)以及納米光柵為基礎(chǔ)的納流溝道。 21 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 研究復(fù)雜和高密度納米結(jié)構(gòu)條件下的 SPR 響應(yīng)特性；研究納米結(jié)構(gòu)的尺度、維數(shù)、密度、材質(zhì)等參數(shù)對(duì)SPR 響應(yīng)的影響；研究具有表面納米結(jié)構(gòu)的基于波導(dǎo)耦合 SPR或長(zhǎng)程 SPR等的多層芯片結(jié)構(gòu)及其 SPR 效應(yīng)的調(diào)控方法；探索以 衰減全反射為基礎(chǔ)的 表面增強(qiáng)拉曼、增強(qiáng)熒光、和增強(qiáng)SPR 為一體的集成系統(tǒng)及其機(jī)理； 利用具有高空間分辨率的針尖增強(qiáng)效應(yīng)、或利用硅薄膜表面底層具有一定納米粗糙度銀 /金膜的增強(qiáng)效應(yīng)，研究硅和氧化物材料的單晶表面和納米結(jié)構(gòu)表面的物理化學(xué)性質(zhì)； 利用機(jī)械可控?cái)嗔阉淼澜Y(jié)技術(shù)和有序納米粒子載體可控伸縮 技術(shù)，構(gòu)建和組裝不同類型探針分子結(jié)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行新型的 SERS 光譜技術(shù)研究；結(jié)合 SERS實(shí)驗(yàn)，開展相關(guān) SERS 理論研究；利用飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜研究結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的金屬納米顆粒的表面等離子體激元；計(jì)算小量子體系在納米薄膜和其他模型結(jié)構(gòu)的經(jīng)典電磁場(chǎng)背景下的輻射衰變，電子衰變壽命和通道比，及其對(duì)表面拉曼增強(qiáng)效應(yīng)的影響。 完善基本或獨(dú)立納米結(jié)構(gòu)條件下的 SPR 理論模型；建立描述復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的 SPR 特性的初步理論模型；制作具有 SPR 調(diào)節(jié)功能的多層納米結(jié)構(gòu)的芯片，搭建 SPR 系統(tǒng)檢測(cè)研究平臺(tái)；對(duì)全反射表面增強(qiáng)拉曼、熒光的機(jī) 理有一個(gè)初步了解；實(shí)現(xiàn)高空間分辨的硅和氧化物單晶表面和納米結(jié)構(gòu)的物化性質(zhì)的針尖增強(qiáng)測(cè)量；制作出具有可控納米間隙的納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)分子的 SERS 測(cè)量；建立能夠解釋 SERS 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的具有一般性的物理模型，加深對(duì) SERS 機(jī)理的理解。 22 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 研究高靈敏度、高信噪比 SPR檢測(cè)模式；搭建新原理?xiàng)l件下的 SPR傳感器系統(tǒng)；對(duì)波導(dǎo)耦合 SPR、長(zhǎng)程SPR等可調(diào)控 SPR檢測(cè)模式進(jìn)行復(fù)雜生化體系的研究；研究利用電子束刻蝕技術(shù)所調(diào)控的周期性納米結(jié)構(gòu)間的間隙對(duì)吸附在其間的熒光分子的增強(qiáng)效應(yīng)；從實(shí)驗(yàn)和理論上研究表面增強(qiáng)的 熒光共振能量轉(zhuǎn)移的機(jī)理； 在具有磁性的材料上進(jìn)行亞波長(zhǎng)表面等離子體的研究；利用發(fā)展的半經(jīng)典理論方法研究納米體系離子激發(fā)誘導(dǎo)的電子激發(fā)和量子輸運(yùn)特性。 完善和豐富復(fù)雜和高密度納米結(jié)構(gòu)的 SPR 理論；建立能統(tǒng)一物理增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理的拉曼和熒光增強(qiáng)的新理論模型；發(fā)展能描述激光、納米結(jié)構(gòu)表面和吸附分子相互作用的拉曼散射過(guò)程及熒光發(fā)射過(guò)程的理論方法；得到電磁波中磁場(chǎng)分量對(duì)亞波長(zhǎng)表面等離子體的影響及其色散關(guān)系。 第 四 年 研究基于新原理建立的 SPR 傳感器的性能； 深入研究 SERS 新體系的識(shí)別分子指紋特性，從拉曼譜峰 、拉曼譜強(qiáng)度以及熒光強(qiáng)度的角度探討表面增強(qiáng)拉曼及熒光光譜與表面活性中心和表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系；探討研制基于 表面增強(qiáng)拉曼和熒光光譜技術(shù)的納米 傳感器條件參數(shù) ；利用飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜研究較復(fù)雜的金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體激元；研究典型的表面和納米體系聲子耗散，及其對(duì)等離子激發(fā)壽命的影響。 優(yōu)化微加工工藝，通過(guò)功能材料摻雜、表面修飾等方法全面提升新型SPR 傳感器的檢測(cè)性能；利用在納米結(jié)構(gòu)表面不同的光學(xué)“熱點(diǎn)”性質(zhì)優(yōu)化增強(qiáng) SERS 及熒光效應(yīng)；實(shí)現(xiàn)快速和高空間分辨率、高靈敏度的檢測(cè)，發(fā)展 SERS 和 表面增強(qiáng) 熒光 機(jī)理的新理 論。 23 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 發(fā)展基于新型納米結(jié)構(gòu)體系的SPR傳感的新理論和基于 SPR傳感新理論的可調(diào)控性、高靈敏度 SPR 傳感器；研究 SPR 各種檢測(cè)模式所對(duì)應(yīng)實(shí)際 SPR 傳感器的性能，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和良好應(yīng)用前景的新型SPR 傳感器； 研制基于 表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)熒光光譜技術(shù)的納米 傳感器 ；研究亞波長(zhǎng)表面等離子體應(yīng)用于材料物性研究和開發(fā)探測(cè)器的可能性；利用自主發(fā)展的半經(jīng)典理論方法研究等離子體衰變對(duì)表面原子和電子動(dòng)力學(xué)的影響、界面光伏特性、水分子解離等應(yīng)用問(wèn)題。 實(shí)現(xiàn)以納米光柵為基礎(chǔ)的納流溝道的生物分子的實(shí)時(shí)檢 測(cè)；發(fā)展出基于 SERS 表面增強(qiáng)機(jī)理的新理論和基于 SERS 新體系的具有識(shí)別分子指紋特性的無(wú)損無(wú)標(biāo)記 新型表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)；利用在納米結(jié)構(gòu)表面不同的光學(xué)“熱點(diǎn)”性質(zhì)優(yōu)化增強(qiáng)SERS 效應(yīng)實(shí)現(xiàn)快速和高空間分辨率、高靈敏度的檢測(cè)， 發(fā)展出快速實(shí)時(shí)有效的分子診斷技術(shù)。