含TiN的聚合物-金属核壳结构纳米锥阵列：通过调控等离激元特性实现传感器性能的工程化设计

摘要： 基于局域表面等离子体共振（LSPR）的光学无标记生物传感器中，金属纳米结构具有巨大潜力。这类金属基无标记生物传感器（即等离子体传感器）的灵敏度取决于其等离子体特性，而金属材料中的能量损耗会导致灵敏度下降。本研究通过氮化钛（TiN）调控基底聚合物材料的载流子密度，展示了一种提升金属纳米结构等离子体特性的方法。预计TiN吸收的光能将转化为激子并辅助金属纳米结构中的局域表面等离子体（LSPs），从而补偿金属材料中的能量损耗。我们设计了一种含TiN的聚合物-金属核壳结构纳米锥阵列（NCA），其聚合物核内含TiN纳米颗粒（NPs），外层包覆金属壳（金或银），并通过优化含TiN聚合物组分实现了无标记生物传感器折射率（RI）灵敏度的提升。结果表明：当聚合物核中TiN NPs浓度为10 wt%时，该含TiN聚合物-金属NCA的RI灵敏度较未添加TiN NPs的对照组提高1.5倍。光照条件下对含10 wt% TiN NPs聚合物金属表面的电阻测量结果显示，入射光通过TiN转化为金属的LSPs。该方法可有效改善等离子体特性与传感器性能。在DNA杂交检测中，该传感器实现了117.5 fM的极低检测限。