基于Au二聚體/殼聚糖水凝膠的比色傳感器件

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室李越課題組，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授鄧兆祥、李良彬，與濟(jì)南大學(xué)教授李村成合作，在金納米球二聚體的組裝及其等離激元耦合動力學(xué)調(diào)控的比色傳感新方法方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

基于Au二聚體/殼聚糖水凝膠的比色傳感器件

比色傳感是利用傳感單元光學(xué)性質(zhì)（吸收或發(fā)射）的改變作為輸出信號，以實(shí)現(xiàn)對待分析物的可視化檢測，具有攜帶方便、操作簡單、現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測等特點(diǎn)，深受人們的關(guān)注。近些年，諸多基于貴金屬納米顆粒的比色傳感器件被相繼報(bào)道，并廣泛用于對重金屬離子、食品添加劑、有毒試劑等的可視化探測，因而比色傳感器的研究已引起人們的極大興趣?；谫F金屬納米顆粒的比色傳感的工作原理是：利用由目標(biāo)分析物所觸發(fā)的貴金屬納米顆粒的分散與聚合現(xiàn)象所引起的顏色變化作為輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)分析物的可視化檢測。然而，這種貴金屬納米顆粒分散（或解組裝）與聚合（或組裝）現(xiàn)象，具有隨機(jī)不可控性，導(dǎo)致傳感信號的敏感度低等問題。另外，其核心單元（貴金屬納米顆粒）存在易受外界干擾產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，且不易存儲，致使其穩(wěn)定性差。因此，開發(fā)具有靈敏度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、且動態(tài)學(xué)調(diào)控范圍寬的比色傳感器件仍是挑戰(zhàn)。

針對這一問題，科研人員在前期成功獲得尺寸均一單分散Au納米球的基礎(chǔ)上，采用銀離子誘導(dǎo)自組裝與電泳分離技術(shù)，獲得大批量、高質(zhì)量的Au納米球二聚體，提出將Au二聚體與智能水凝膠相復(fù)合的新思路，利用Au二聚體的光學(xué)高敏感性和可調(diào)諧的間隙依賴特性，開發(fā)了一種新型的基于Au二聚體的高敏感、高穩(wěn)定性且動態(tài)可調(diào)靈敏度范圍的比色傳感器件。該傳感器巧妙利用了水凝膠在受外界物質(zhì)的刺激引起體積迅速膨脹或收縮的特點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了對Au納米球二聚體中光學(xué)性質(zhì)的動力學(xué)精確調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高敏感的比色傳感器件的構(gòu)筑；此外，將Au二聚體嵌入在水凝膠薄膜中，可有效克服其自發(fā)團(tuán)聚與沉降等不足，具有很好的穩(wěn)定性。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)合理利用水凝膠的膨脹程度反比于其交聯(lián)度的敏感特性，拓寬該器件靈敏度的動態(tài)可調(diào)諧范圍，實(shí)現(xiàn)了針對不同濃度范圍內(nèi)目標(biāo)分析物的敏感探測。該工作為Au納米球二聚體等離激元耦合光學(xué)性質(zhì)的動力學(xué)精確調(diào)控研究提供了新途徑，并為超高敏感、高穩(wěn)定性的傳感器件的構(gòu)筑等方面提供了新思路。

研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金，安徽省自然科學(xué)基金等的資助。