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利用交叉表面浮雕光栅选择性检测尿路致病性大肠杆菌
摘要： 尿路感染（UTIs）是全球公共卫生系统的主要负担之一。尿路致病性大肠杆菌（UPEC）入侵泌尿系统是引发尿路感染的主要原因之一。采用广谱抗生素不当治疗此类细菌感染会加剧抗菌素耐药性的上升趋势，因此亟需开发一种低成本、快速且精准的UPEC检测方法。本研究展示了一种基于交叉表面浮雕光栅（CSRGs）纳米金属传感器的实时、选择性、无标记UPEC光学传感检测平台。该平台利用CSRGs独特的基于表面等离子体共振（SPR）的光能交换特性实现实时检测，在消除残余入射光后能捕获极窄带宽的SPR信号。通过检测体相折射率（RI）变化，实验证实该平台具有382.2 nm/RIU的体相灵敏度和10^-6 RIU量级的分辨率。我们首次实现了该平台对磷酸盐缓冲液（PBS）中临床相关浓度UPEC的实时选择性捕获与检测（可区分其他致尿路感染的革兰氏阴性菌），其检测限达10^5 CFU/mL（与尿路感染临床诊断阈值相当），动态范围跨越四个数量级。这项研究为开发聚焦尿路感染有效治疗的低成本即时检测设备奠定了基础——鉴于近期病例数增加和复发频发，尿路感染已成为沉重的公共卫生负担。
关键词： 交叉表面浮雕光栅、纳米等离子体学、表面等离子体共振、尿路感染、生物传感、尿路致病性大肠杆菌、表面浮雕光栅
更新于2025-09-23 15:21:01
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光学超材料现象 || 有源光学超材料
摘要： 世纪之交，物理学、电气工程和材料科学的交叉领域诞生了一个新研究方向。超材料研究致力于通过合理设计并排列材料的构建单元，使其获得远超原始组分材料的物理特性。该概念通常与电磁波传播相关联——通过对谐振亚波长结构进行工程化设计，可以精确控制有效波特性。正是这种先进功能使独特波现象的实现成为可能，例如突破衍射极限的光聚焦或物体电磁隐身等概念，这些设想既激发了研究人员的灵感，也引发了公众的广泛想象。值得注意的是，功能性要素是超材料概念中不可或缺的组成部分。
关键词： 纳米等离子体学、等离子体学、负折射率、光学增益、超材料
更新于2025-09-23 15:21:01
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等离激元彩色纳米纸：一种针对不受控紫外线暴露所引发威胁的潜在预防性健康防护工具
摘要： 预防性医疗对阻碍或延缓疾病发作至关重要，更能促进健康高效的生活方式并节约公共卫生资源。本文探究了嵌入纳米纸的银金纳米颗粒等离子体耦合技术如何通过等离子体颜色变化开发潜在预防性医疗工具。我们特别选取紫外线辐射暴露作为可通过等离子体显色纳米纸（PCN）监测的健康威胁。不受控的紫外线辐射不仅会引发表皮损伤，还会导致聚碳酸酯容器中有害物质渗出?；诖?，我们设计了以银纳米颗粒紫外光降解为传感机制的UV响应型PCN装置。由于金属纳米颗粒的吸收与散射特性强烈依赖于其尺寸及颗粒间距，最终制成的PCN检测器能通过肉眼可见的等离子体颜色变化（呈现黄/红色调转变）预警潜在的紫外线辐射威胁。纹身式PCN装置的表皮实验证明，该检测器在安全日照剂量下会发生颜色变化。此外，粘贴在聚碳酸酯容器上的PCN检测器经适度日照后同样会出现变色。这种低成本轻量化的纳米光子器件，造就了一种多功能的预防性医疗工具。
关键词： 智能包装、纳米等离子体学、可穿戴设备、纳米纤维素、纳米光子学
更新于2025-09-23 15:19:57
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帐篷、椅子、玉米饼、风筝与鱼竿：单孪晶镁纳米颗粒的形貌与等离激元特性
摘要： 某些金属的纳米结构能够维持被称为局域表面等离子体共振（LSPR）的光驱动电子振荡，从而产生吸收、散射和局部电场增强效应。其共振频率由纳米粒子（NP）的形状和尺寸决定，这推动了对新结构发现与控制的大量研究。LSPR特性还取决于组成成分；传统稀有昂贵的贵金属（银、金）正日益被地壳中含量丰富的替代材料所超越，其中镁是一种令人振奋的候选材料，能够在紫外、可见光和近红外光谱范围内维持共振。在此，我们报道了一组基于镁纳米粒子、呈现不同孪晶模式（包括(10 1)、(10 2)、(10 3)和(11 1)）的形状的数值预测和实验验证，这些模式分别形成帐篷形、椅子形、玉米饼形和风筝形纳米粒子。由于镁以六方密堆积结构结晶（与之相对的是立方结构的铝、铜、银和金），这些结构与典型等离子体金属获得的结果截然不同。对各种结构光学响应以及尺寸和长径比影响的数值研究揭示了它们丰富的共振模式，这些模式得到了单粒子光学散射实验的支持。此外，通过扫描透射电子显微镜电子能量损失谱对近场等离子体分布进行的相应数值和实验研究，揭示了与六方板或圆柱棒都不同的模式性质和分布。这些由地壳中含量丰富的镁制成的纳米粒子，为在紫外、可见光和近红外光谱范围内实现纳米尺度光控提供了有趣的方法。
关键词： 纳米等离子体学、纳米粒子形貌、镁纳米粒子、局域表面等离子体共振、电子能量损失谱、Wulff构造法
更新于2025-09-23 15:19:57
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研究非局域性对等离子体纳米激光谐振腔特性影响的分立源方法
摘要： 离散源方法被推广用于研究衬底上多层粒子中的非局域效应。文中详细描述了构建近似解的方案及相应的数值算法。该发展方法被用于研究等离子体纳米激光器三维腔的光学特性。研究表明，考虑非局域效应时，表面等离激元共振振幅和近场强度放大因子显著降低。同时发现，通过改变腔壳材料、厚度及入射波方向，放大因子可提高两倍以上。
关键词： 纳米等离子体学、非局域性量子效应、离散源方法、等离子体纳米激光器（spaser）
更新于2025-09-23 15:19:57
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位于超薄碳纳米膜上的等离子体超表面
摘要： 过去十年间，由平面排列的纳米谐振器构成的光学超表面已成功实现多种平面光学元件。然而常见超表面及基于超表面的器件中，宏观厚度的支撑基底会破坏其平面特性——该基底虽为机械支撑纳米谐振器所必需。本研究证明：具有纳米级厚度的碳纳米膜（CNM）可作为等离子体纳米谐振器阵列的载体，形成真正意义上的超薄光学器件。作为二维材料家族成员，CNM的厚度及其力学、化学和电学特性可通过选择制备用分子前驱体进行调控。我们在仅约1纳米厚的独立式CNM上实验制备了金开口环谐振器（SRR）超表面，该基底与入射光场相互作用可忽略。通过线性透射光谱表征发现，SRR-CNМ超表面呈现典型共振结构，且自由站立SRR阵列的数值计算结果与实验透射谱高度吻合。该方案为超薄超轻量级超器件提供了通用解决方案，未来可拓展至复杂传感器技术、异形表面功能化超表面共形涂覆、多层超表面快速原型制作，以及无需悬浮方案即可研究有效自由站立纳米粒子光学特性等应用领域。
关键词： 碳纳米膜、二维材料、纳米等离子体学、平面光学、超表面
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用x扫描技术表征单个等离子体纳米结构的非线性吸收与散射
摘要： 非线性纳米等离子体学是一个尚未充分探索的研究领域，为纳米激光器、纳米天线和纳米调制器等众多激动人心的应用铺平了道路。在该领域中，表征单个纳米结构光学吸收与散射的非线性特性极具价值。目前量化光学非线性的常用方法是z扫描技术——通过移动薄样品配合激光束来获取介电常数的实部和虚部。但z扫描通常适用于薄膜材料，因此只能获得纳米结构集合体的非线性响应，而非单个结构。本研究提出基于共聚焦激光扫描显微镜（配备前向与后向探测器）的x扫描技术。这种双通道检测能同步量化单个纳米结构的散射、吸收及总衰减非线性行为。低激发强度下，散射与吸收响应均呈线性，证实了检测系统的线性特征；高激发强度时发现非线性响应可直接从x扫描图像的点扩散函数推导得出。该研究首次同步揭示了散射与吸收均存在异常巨大的非线性效应，不仅为表征单个纳米结构非线性提供了新方法，更报道了令人惊讶的巨大等离子体非线性现象。
关键词： 非线性吸收、吸收截面、非线性散射、单金纳米结构、激光扫描显微镜、纳米等离子体学
更新于2025-09-16 10:30:52
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用于评估纯度并测定微升级别溶液中EV浓度的增强型比色纳米等离子体（CONAN）方法
摘要： 本协议论文描述了如何通过微孔板比色纳米等离子体(CONAN)检测法为数微升体积的细胞外囊泡(EV)溶液分配纯度等级并进行后续滴定。CONAN检测法将EV制剂加入金纳米颗粒(AuNPs)溶液中：若EV制剂纯净则溶液变蓝，若存在可溶性外源单聚体与聚集蛋白(SAPs，通常称为蛋白质污染物)则保持红色。该颜色变化可通过肉眼观察或紫外-可见光谱定量测定，从而提供纯度指标(迄今独有的特性)。该检测法特异性靶向SAPs而非EV相关蛋白，检测限<50 ng/μl(比布拉德福德蛋白检测法分辨率高一个数量级)。对于纯净溶液，该检测法还能通过颜色偏移与AuNP/EV摩尔比的线性关系确定EV数量，同时会自动报告溶液中是否存在SAP污染物以避免计数假象。CONAN检测法证明具有稳健可靠性，在成本(试剂廉价，使用标准微孔板读数仪)、工作体积(仅需1-2 μl样本)和时间(全程<1小时)方面表现优异，适用于所有天然及人工脂质微囊泡与纳米囊泡类别。
关键词： 细胞外囊泡、颗粒数量、纳米等离子体学、滴定法、脂质体、合成囊泡、纳米颗粒、纯度
更新于2025-09-16 10:30:52
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具有非局域材料特性的纳米等离子体模态分析
摘要： 具有几纳米特征尺寸的等离激元器件会呈现出可用非局域流体动力学德鲁德模型描述的现象。我们展示了如何利用围道积分方法计算此类系统的本征频率和共振态。我们提出了一种推导相关物理观测量模态展开的方法。运用这些方法对金属纳米线进行了模态分析，计算了大频率范围内所有复本征频率及其对应共振态，并确定了与纳米线消光截面相关的共振态。
关键词： 消光截面、纳米等离子体学、流体动力学德鲁德模型、模态分析、非局域材料特性、金属纳米线
更新于2025-09-16 10:30:52
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化学纳米等离子体学：纳米化学与等离子体学交叉领域的新兴跨学科研究方向
摘要： 等离子体学研究致力于理解和操控光与物质在远小于光波长尺度（如金属纳米颗粒）上的相互作用。这种相互作用可与热能、光谱等多种能量和信号形式相关联。等离子体学研究涵盖从理性设计与精准合成能揭示并可靠调控新型有用等离子体特性（如表面增强光谱与光热效应）的纳米结构，到最终获取并应用这些等离子体功能（例如生物医学领域）的全过程。凭借等离子体材料与器件巨大的潜力与多功能性，其原理有望为化学各分支领域（包括纳米颗?；?、催化反应、表面增强拉曼散射、光伏技术、传感、生物化学及治疗学）的诸多重要挑战提供新方案或改进方案。 此外，通过纳米尺度的材料或性能化学（即纳米化学）可解决等离子体学发展与应用中的诸多障碍，而化学原理与方法也能为等离子体学研究开辟新方向。纳米化学使科学家能开发出高精度合成纳米结构的精妙方法，并提供功能化与分析复杂等离子体纳米结构（如异质结构纳米颗粒）的工具。因此，近期纳米化学与等离子体材料的结合对等离子体学的合理应用与实际推广产生了重大影响，而等离子体学也为化学过程提供了新途径与工具。 化学纳米等离子体学领域既包括通过纳米尺度化学推动等离子体学发展的研究，也涵盖利用等离子体学解决化学关键问题的应用。等离子体学新兴原理、方法与材料（如基于等离子体纳米结构内强电磁场形成的光学/化学热点，以及基于等离子体热点的单分子与三维表面增强拉曼散射技术）可广泛应用于化学各领域。等离子体多聚体（如金纳米颗粒二聚体）、等离子体超晶体、等离子体纳米颗粒晶格、金纳米双锥体、病毒尺寸金纳米棒、球形核酸、等离子体超材料及手性等离子体结构等是基于材料化学的等离子体学关键纳米结构。 热载流子与等离子体驱动催化已成为物理化学、材料化学及催化等多个分支领域的重要研究方向。此外，等离子体纳米颗粒-细胞膜界面平台、DNA折纸术等离子体学及石墨烯非线性等离子体学等新兴平台，正成为能构建光学器件与计算设备等功能材料与器件的下一代技术平台。
关键词： 光伏学、等离子体学、纳米化学、生物化学、纳米等离子体学、传感技术、表面增强拉曼散射、治疗学
更新于2025-09-12 10:27:22