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石墨烯/金纳米界面表面等离子体共振引发的光热效应：一项多尺度建模研究

DOI：10.1016/j.bios.2018.11.007 期刊：Biosensors and Bioelectronics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 表面等离子体共振（SPR）生物传感器在生物识别和生物分子相互作用领域具有巨大潜力，尤其适用于疾病诊断与药物筛选的实时检测。尽管人们已投入大量精力改进传感性能，但由等离子体共振引发的光热效应会产生显著影响。然而受实验方法限制，关于具有光热效应的SPR传感器理论机制及具体影响的研究较少。本研究采用多尺度模拟方法，通过第一性原理计算和分子动力学模拟，探究石墨烯/金（Au）纳米界面的光热效应，并量化该效应对高可靠性SPR传感器的贡献，从而阐明其对传感性能的影响。结果表明：通过温度调控可改变金膜与石墨烯薄膜的介电常数，使石墨烯/Au SPR传感器的灵敏度和检测精度在0K至600K范围内实现调控。通过控制材料厚度、界面结合及晶格应变，最终获得对升温具有更高灵敏度、检测精度和可靠性的优化型石墨烯/Au SPR传感器。这种能同时揭示界面现象作用机理的多尺度模拟方法，可为分析化学和生物医学领域SPR传感器的性能优化及商业化应用提供重要指导。
作者： Jiu Pang，Qun Yang，Xiaoling Lu，Luqi Tao，Vivek Pachauri，Sven Ingebrandt，Xianping Chen
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用多尺度模拟方法研究石墨烯/金纳米界面处的光热效应及其对表面等离子体共振传感器传感性能的影响。

研究成果

石墨烯/金表面等离子体共振（SPR）传感器的灵敏度和检测精度可在0 K至600 K的温度范围内进行调控。在强光热效应下，AA-T和1L-T型石墨烯/金堆叠SPR体系具有更高的灵敏度、检测精度及可控性。多尺度模拟方法为SPR传感器性能优化提供了有效指导。

研究不足

该研究的局限性在于所采用的计算方法可能无法完全反映所有实验条件。此外，仅关注石墨烯/金界面可能未涵盖表面等离子体共振传感器中所有可能的材料组合。

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