摘 要

在科学发展迅猛的当今社会，纳米材料已经成为人们研究的重要对象。纳米材料具有许多奇异的特点如：表面共振效应、小尺寸效应、量子隧道效应等基本效应，而这些优越的性能使它能够产生与肉眼可见的大块材料不同的物理以及化学特性。金纳米材料是纳米材料中应用最广泛的一种，金纳米棒在尺寸方面的各向异性导致其局域表面等离子体共振具有两个吸收峰即：横向等离子体共振吸收峰（TSPR）和纵向等离子体共振吸收峰(LSPR)。金纳米棒因其独特的性质已经广泛应用于传感、催化、成像、生物医药、光电器件、信息存储等领域。在分析化学领域，金纳米棒具有的独特局域表面等离子体共振(LSPR)性质可作为优良的光学探针应用于生化传感。金纳米棒的LSPR性质及传感性能与颗粒组成、形貌、尺寸及组装方式等参数密切相关。然而，实际合成的金纳米棒以及其组装体的生物相容性和在生物介质中的稳定性一般较差。除此之外，具有特定结构的纳米颗粒和它的组装体的形成机制目前尚不清楚，难于通过调控纳米颗粒的结构来有效调节金纳米棒的LSPR性质。本文主要是围绕金纳米棒的局域表面等离子体共振性质和金纳米棒的自组装影响因素展开研究。主要包括工作如下：

（1）晶种生长法制备金纳米棒；

（2）基于L-半胱氨酸官能团分子实现金纳米棒的自组装；

（3）金纳米棒自组装的关键性影响因素研究。

以上研究结果可望对金纳米棒以及其组装体的研究与应用提供借鉴。

关键字：纳米科技；局域表面等离子体共振；金纳米棒；L-半胱氨酸；自组装

Abstract

Nano science and technology has become an important object of research in rapid development today's society .There are many unusual characteristics such as resonance surface effect, small size effect, quantum tunnel effect and so on basic effect of the nano materials. These superior properties enable it to produce physical and chemical properties which are different from those that are visible to the naked eye. Gold nanoparticles is most widely used in nano materials, the size of anisotropy will lead to the fact that localized surface plasmon resonance have two absorption peaks: the transverse plasmon resonance absorption peak (TSPR) and longitudinal plasmon resonance absorption peak (LSPR).Gold nanorods has been widely used in the fields of sensing, catalysis, imaging, biological medicine, optoelectronic devices, information storage and so on because of its unique properties. The unique local surface plasmon resonance (LSPR) properties of gold nanorods can be used as an excellent optical probe for biochemical sensing in the analytical chemistry field. The properties and sensing properties of LSPR are closely related to the parameters of particle composition, morphology, size and assembly method. However, the biocompatibility of the synthesized gold nanorods and their assemblies and their stability in biological media are generally poor.In addition, the formation mechanism of nano particles with specific structure and its assembly is not clear, which is difficult to effectively regulate the LSPR properties of gold nanorods by adjusting the structure of the nanoparticles. This paper is mainly focused on the localized surface plasmon resonance properties of gold nanorods and the influence factors on the self-assembly of gold nanorods. The main work is as follows:

(1) Preparation of gold nanorods by seeded growth method.

(2) Self-assembly of gold nanorods based on L-cysteine functional groups.

(3) The key factors affecting the self-assembly of gold nanorods are studied.

The results of the study can provide references for the application of gold nanorods and its assemblies.

Key words: nano science and technology; local surface plasmon resonance; gold nanorods; L- cysteine; self-assembly

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 金属纳米材料的特性 1

1.2 金纳米棒的合成 2

1.3 金纳米棒的光学性质 2

1.4 金纳米棒的自组装 3

1.5 论文选题的意义及主要研究内容 4

第2章 金纳米棒的制备及其自组装 5

2.1 引言 5

2.2 实验部分 5

2.2.1 实验药剂 5

2.2.2 实验仪器 6

2.2.3 金纳米棒的制备 6

2.3金纳米棒的自组装 8

2.3.1 不同酸度下的金纳米棒的自组装 8

2.3.2 不同温度下的金纳米棒的自组装 9

2.3.3 不同L-半胱氨酸浓度下的金纳米棒的自组装 9

第3章 研究结果与分析 11

3.1 金纳米棒的结构与形貌 11

3.2 金纳米棒自组装影响因素分析 13

3.2.1 不同酸度下的结果与分析 13

3.2.2 不同温度下的结果与分析 16

3.2.3 不同L-半胱氨酸浓度下的结果与分析 21

3.3 实验小结 25

第4章 总结 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

在当今社会随着科技的快速发展，科学家们经过研究发现一些纳米级的材料能够在其状态下具有不可思议的特性，在进一步的研究论证下科学家为人们揭开了纳米材料的神秘面纱。相对于宏观物质来讲，纳米是一个很小的单位。纳米科技作为21世纪影响人类发展方向的高新技术具有奇妙和光明的应用前景。由于金纳米颗粒的光学性质和化学性质与众不同且具有许多优越的性能，因此它能够广泛的运用在在信息存储方面、成像方面、生物医药方面、传感方面等领域之内^[1-4]。金纳米颗粒具有的独特的局域表面等离子共振共振现象也是在化学领域有巨大的运用价值，作为生物传感方面的光学探针就是借鉴与这一原理制作的。金纳米颗粒的局域表面等离子共振现象与金纳米颗粒的间距有很大的关系，金纳米颗粒的尺寸、形状以及它的自组装的方式都对它的局域表面等离子共振有影响。在实际情况中，科学家们合成的金纳米颗粒以及金纳米颗粒的自组装体的性能和生物相容性都不是很稳定，不能够稳定的应用在实际生活中。而且对于金纳米颗粒和金纳米颗粒的自组装的形成内部结构和作用机理还不能给出合理的解释，因此需要做进一步的研究。在这之前的一段时间里，人们对纳米颗粒的研究就已经达到了一定的高度并且能够运用于实际生活中。例如纳米颗粒的团聚的研究就可以运用于生命科学中用作治疗恶性肿瘤基因治疗的载体上^[4-7]；金纳米棒具有的独特的光电性能使得其不但在在信息传感、生物医学等领域有着广泛而重要的应用前景，而且金纳米棒通过自组装可以得到一维、二维、三维有序结构的自组装体，使得金纳米棒的自组装体在光电子器件、生物分子检测医学成像方面有着重要的应用前景。然而想要获得具有特殊性能和用途的纳米材料并应用于生物医学的实际应用使其更好地服务于人类还需要去做更深度的研究。光纤传输技术和局域表面等离子共振技术有机结合的光纤表面等离子体共振传感器是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术等。这些先前的研究对于我们了解金纳米颗粒已经局域表面等离子共振有着重要的作用，能够让我们更深层次的去理解这些相关的概念和其在实际生活中的应用以及其在未来的生活中的发展研究方向。去深入的学习和研究这些相关的原理和知识，我们就可以利用官能团联结纳米粒子并调控不同间距以探究金纳米颗粒的偶极相互作用，研究颗粒间距及偶极耦合对LSPR 共振的影响规律与作用机理，为金纳米颗粒LSPR 的高精度识别提供理论依据^[8-11]。而这一切的前提都是要做出合适的金纳米棒以及用不同的官能团去连不同的金纳米棒，而我本次的研究就是做出合适的金纳米棒并且尝试去摸索不同条件下的官能团L-半胱氨酸连接多个金纳米棒后得到的不同间距，从而达到研究不同的因素对金纳米棒的自组装过程的影响以及其作用机理。

1.1 金属纳米材料的特性