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通过合理设计与可调谐等离子体纳米结构实现表面增强拉曼光谱对DNA突变的灵敏直接检测
摘要： 高效的DNA突变检测方法对于癌症等疾病的诊断、个性化治疗开发及预后评估至关重要。为此，我们提出了一种结合活性等离子体纳米结构、表面增强拉曼光谱（SERS）和聚合酶链式反应（PCR）的简便方案，并辅以统计工具来识别和分类BRAF野生型（WT）与V600E突变基因。该纳米结构提供高灵敏度，而PCR确保对目标DNA的高特异性。通过一锅法合成了包括金/银纳米球、纳米壳、纳米花和纳米星在内的一系列带正电等离子体纳米结构并进行表征。通过改变纳米结构形貌，我们实现了表面等离子体共振波长从551纳米至693纳米的调控。其中金/银纳米星展现出最高SERS活性，被用于DNA突变检测。利用金/银纳米星，我们可重复检测低至100个拷贝的目标DNA序列，证实了直接SERS检测的高灵敏度。通过主成分分析-线性判别分析（PCA-LDA）统计方法，该技术成功应用于区分细胞系裂解全基因组DNA（gDNA）和细胞培养液中收集的无细胞DNA（cfDNA）中的WT与V600E突变。我们进一步证明该检测能特异性扩增并准确分类真实血浆样本。因此，这种结合活性等离子体纳米结构的直接SERS策略有望作为敏感监测和评估临床重要核苷酸生物标志物的替代工具广泛应用。
关键词： PCR（聚合酶链式反应）、统计分析、等离子体纳米结构、表面增强拉曼光谱、DNA突变检测
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于拓扑优化的等离子体纳米二聚体最大近场增强逆向设计
摘要： 近场增强因子是评估等离子体纳米结构性能的最关键参数之一。为最大化该增强因子，研究者通过优化圆盘、三角形和棒状等简单几何形状金属纳米结构的尺寸、形貌及空间排布做出了诸多努力。本研究采用拓扑优化方法逆向设计金属纳米粒子二聚体，旨在优化其亚10纳米间隙内的近场增强因子。通过在给定设计空间内优化材料布局，拓扑优化算法生成了由具有凸凹特征的心形粒子构成的等离子体纳米二聚体。全波电磁分析表明，心形纳米粒子二聚体的最大近场增强源于纳米心形顶端表面电荷的最高浓度聚集。研究团队采用"绘制剥离"策略的聚焦氦离子束铣削技术，制备了逆向设计的心形、蝴蝶结形和圆盘形纳米二聚体，并通过单粒子水平的非线性光谱技术表征其近场增强性能。实验证实，心形纳米二聚体展现出比其他两种结构更强的信号强度。本工作验证了基于拓扑优化的逆向设计在实现目标等离子体功能方面的有效性和可行性。
关键词： 拓扑优化、近场增强、等离子体纳米结构、逆向设计、非线性光学
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过自组装金纳米粒子增强非线性晶体的二次谐波信号
摘要： 在二次谐波产生（SHG）过程中，例如飞秒激光的两个入射光子能量可通过非线性晶体等媒介合并为一个能量翻倍的出射光子。然而该过程效率有限。本研究通过构建混合系统实现信号采集最大化：该系统由非线性晶体与密集覆盖的等离子体纳米结构组成，两者间以狭窄间隙分隔。采用基于二嵌段共聚物胶束自组装光刻结合后续无电镀沉积的方法，对铌酸锂（LiNbO3）晶体整个表面进行修饰。等离子体纳米结构与光的相互作用会在相邻晶体中产生强电近场，该近场被用于增强非线性晶体的近表面二次谐波信号。在金纳米颗粒的等离子体共振频率下，相较于裸晶体，在激光光斑的共焦体积内观察到约60倍的显著二次谐波增强效应。
关键词： 金纳米粒子、非线性晶体、二次谐波产生、铌酸锂、等离子体纳米结构、无电镀沉积、基于自组装二嵌段共聚物胶束光刻、LiNbO3、SHG
更新于2025-09-23 15:19:57
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微流控细胞尺寸隔室中DNA组装等离子体纳米结构的动态驱动
摘要： 分子马达蛋白是细胞动力学的基础。近期，相关研究已成功构建出基于DNA的仿生体，能够实现复杂的纳米级运动。然而，这类功能类似物尚未被整合至合成细胞内部运行，以实现完全自下而上构建人工生物系统的目标。在本研究中，我们将DNA组装的动态纳米结构封装于细胞尺寸的微流控腔室中。这些封装的DNA纳米结构不仅因pH敏感分子开关在外部刺激下呈现结构可重构性，还通过集成的等离子体探针实现了光学反馈功能。特别地，我们证明了微流控腔室化技术在实现芯片级等离子体对映体分离与底物过滤方面的优势。本研究表明，基于液滴的微流控技术与DNA技术这两大工具——分别提供微米级与纳米级的高精度操控能力——相结合能显著提升功能合成系统的复杂性与多样性。
关键词： 等离子体手性选择、基于液滴的微流控技术、DNA折纸术、等离子体纳米结构、pH开关
更新于2025-09-23 15:19:57
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由DNA折纸术控制的可重构等离子体纳米结构
摘要： 纳米材料精确的表面功能化及可重构能力对于构建具有特定功能的复杂纳米结构至关重要。本研究展示了一种可重构等离子体纳米结构的组装——该结构能随DNA链变化同时产生构象与等离子体特性改变。我们通过DNA折纸夹纳米结构表面定点排布不同尺寸的金纳米颗粒（AuNPs），并利用一系列链置换反应精确控制DNA折纸夹的开合状态，从而实现这些金纳米颗粒在两种构型间的模式切换。观测到的等离子体带位移证实了组装金纳米颗粒间等离子体相互作用的改变。本研究成功构建了具有可调等离子体相互作用的可重构纳米材料，将丰富基于DNA的功能性纳米机械工具库。
关键词： DNA折纸术，可重构纳米结构，金纳米粒子，等离子体纳米结构
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有内置等离子体核的中孔聚多巴胺：可追踪且近红外触发的功能性蛋白质递送
摘要： 功能性蛋白质对细胞行为的调控至关重要，在治疗领域的应用也日益广泛。然而，活性蛋白质向细胞内靶点的低生物利用度问题长期制约着其在细胞重编程和疾病治疗中的潜力发挥。本研究报道了一种内置等离激元纳米颗粒内核的介孔聚多巴胺（mPDA）多功能蛋白质递送系统。该材料兼具大比表面积、金属螯合特性和宽谱光热转换能力的独特组合，能高效负载功能蛋白质并实现近红外光触发释放；其等离激元内核同时作为光稳定示踪剂和荧光淬灭剂，从而实现对模型蛋白质的实时监测与主动胞质释放。特别值得注意的是，细胞毒性核糖核酸酶A的可控递送在体内癌症治疗中展现出卓越效果。得益于mPDA的普适粘附特性，其可包覆多种功能核心，这为开发突破生物屏障的定制化生物制剂递送载体提供了新途径。
关键词： 癌症治疗、光热响应性、可追踪蛋白递送、等离子体纳米结构、介孔聚多巴胺
更新于2025-09-19 17:13:59
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等离子体纳米结构附近的原子-光子纠缠
摘要： 我们研究了在静态磁场作用下，四能级双V型量子系统与等离子体纳米结构附近线偏振场之间的原子-光子纠缠现象。研究表明，磁光效应仅在原子靠近等离子体纳米结构时才会影响原子-光子纠缠。当量子系统置于等离子体纳米结构附近时，由于量子系统自发衰变的改变，原子-光子纠缠会增强。实验证明，在量子系统接近等离激元表面时，通过提高线偏振场强度可以增强纠缠度(DEM)。此外我们发现，在等离子体纳米结构附近，静态磁场对提高稳态DEM起主要作用——若无静态磁场存在，DEM将完全消失。最后研究表明，自由空间衰减率会破坏等离子体纳米结构附近的原子-光子纠缠。
关键词： 纠缠度、静态磁场、原子-光子纠缠、等离子体纳米结构、自发辐射
更新于2025-09-19 17:13:59
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各向异性等离子体纳米结构诱导的MoS?基光电探测器偏振光响应
摘要： 为各向同性晶体结构的二维材料赋予各向异性特性的技术，将使基于二维材料的光电探测器具备偏振检测灵敏度，从而显著提升光电探测器的空间分辨率。本研究制备了一种由各向异性等离子体纳米结构诱导的MoS2基偏振光电探测器。在少层MoS2纳米片上集成各向异性等离子体结构，既能诱导偏振光响应，又可同步增强MoS2器件的响应度。沿两个垂直偏振方向测得的最大与最小光电流比值达到1.45。该研究证明，各向异性纳米结构诱导的偏振灵敏度将为偏振光电探测器的制备开辟新途径。
关键词： 偏振、等离子体纳米结构、二维材料、光电探测器
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于新型纳米等离子体结构的集成微流控生物传感器，用于无标记原位免疫功能分析
摘要： 研究免疫功能反应对于理解免疫系统在提供宿主免疫防御及与其他系统相互作用中的核心作用至关重要。最新发展的集成微流控细胞因子生物传感器为识别、分离和研究构成这些反应的免疫细胞亚群、细胞功能及细胞间通讯建立了新范式。本简评重点介绍基于局部表面等离子体共振光学传感的无标记细胞因子检测最新进展，阐述新发现等离激元纳米结构的应用及其与先进微流控设备的集成，以开发新型芯片实验室生物传感系统，并探讨此类集成传感技术在下一代免疫功能分析中的相关挑战与未来前景。
关键词： 免疫功能反应、局部表面等离子体共振、微流控细胞因子生物传感器、等离子体纳米结构、芯片实验室生物传感系统
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于直接激光写入制备的具有分析物富集系统的超灵敏表面增强拉曼散射等离子体传感器
摘要： 我们报道了一种易于实施的装置，用于基于表面增强拉曼散射（SERS）检测水滴中痕量溶解的各种分析物。该装置结合了分析物富集系统和SERS活性传感位点，两者均通过廉价且高性能的直接飞秒（fs）激光打印制成。分析物富集系统制作在疏水性聚四氟乙烯基材表面，呈微柱阵列排列，在Cassie-Baxter超疏水状态下支撑蒸发的水滴，从而确保溶解的分析物分子向亲水性SERS活性位点输送。基于密集排列的尖刺状等离子体纳米纹理结构，分析物在传感位点实现高效预浓缩，进而通过SERS光谱技术进行无标记识别。利用该装置，我们展示了包括常见有机染料和医用药物在内的多种分析物在ppb浓度下的可靠SERS指纹识别。该装置有望应用于无标记环境监测、医学诊断和法医学等多个领域。
关键词： 表面增强拉曼散射、直接激光加工、飞秒激光脉冲、医药药物、超疏水纹理、等离子体纳米结构、分析物富集
更新于2025-09-16 10:30:52