雅973项目申报书CB930700基于表面等离子体共振的新纳米结构体系和传感器.docx
《雅973项目申报书CB930700基于表面等离子体共振的新纳米结构体系和传感器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《雅973项目申报书CB930700基于表面等离子体共振的新纳米结构体系和传感器.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
雅973项目申报书CB930700基于表面等离子体共振的新纳米结构体系和传感器
973工程申报书——2021CB930700-基于外表等离子体共振的新纳米结构体系和传感器
工程名称：
基于外表等离子体共振的新纳米结构体系和传感器
首席科学家：
徐红星中国科学院物理研究所
起止年限：
依托部门：
中国科学院
一、研究内容
拟解决的关键科学问题：
本工程的主要任务是通过优化外表等离子体共振性质的新纳米结构体系，研究光、分子和金属纳米结构之间相互作用的机制和相关表征新技术，进而开展新一代超灵敏外表等离子体共振传感器和外表增强光谱传感器，为我国研发具有自主知识产权的相关传感器和分析测试仪器打下坚实根底。
为此，我们需要解决的关键科学问题包括：
1.新纳米结构体系的外表等离子体光子学研究的关键科学问题
〔1〕目前所大量研究的是一些常见金属纳米结构的特定的外表等离子体特性，但是如何可以控制金属纳米结构的生长或组装，以实现可设计的外表等离子体特性；〔2〕外表等离子体共振激元在严格意义上是如何产生、演化、传导和衰减的；〔3〕外表等离子体激元是一个天然的光电混合体系，它不仅伴有电荷的转移，也有能量的转移，假设再考虑与探测分子的相互作用，如何理解和揭示复杂的电荷和能量转移机理。
2.外表增强拉曼散射和外表增强荧光研究的关键科学问题
〔1〕SERS基底材料的拓展。
虽然已经从金、银和铜拓展到其它过渡金属体系，但是如何进一步拓展至极其重要的硅及其它半导体材料仍极具挑战性；〔2〕SERS技术的拓展。
开展超高灵敏度的SERS传感器和分子器件的关键根底之一是建立具有极高SERS活性的可控纳间隙结构和相应表征技术；〔3〕SERS理论的开展。
迄今对光、分子和纳米结构三者相互作用的理论模型和计算方法尚未建立，综合考虑物理和化学增强机理的统一SERS理论亟待开展；〔4〕金属纳米结构对荧光的作用既有增强又有淬灭，这是一对矛盾，如何突出荧光增强的效应或者抑制淬灭的效应；〔5〕荧光的外表增强效应只作用于离金属纳米结构很近的分子，在传感器应用上受到了金属纳米结构本身的巨大限制，如何设计合理的金属纳米结构体系来高效地、稳定地、可控地探测目标分子。
3.外表等离子体共振传感器和外表增强光谱传感器研究的关键科学问题
〔1〕基于复杂外表纳米结构的外表等离子体理论模型，如何设计出具有超高灵敏度的SPR传感的特殊纳米结构并研究其响应规律；〔2〕如何开展基于可控超高灵敏度外表等离子体共振传感器的新方法和新原理，以实现高密度修饰或复杂纳米结构条件下的外表等离子体结构体系，及如何制备、调控和稳定有序的金属外表的新型纳米结构体系；〔3〕如何有效调控具有超高灵敏度的新型外表等离子体共振体系结构，以优化传感器的信号可检测性和提高动态范围；〔4〕外表光谱传感器具有独特的超高灵敏度，但是接近外表的任何分子的光谱信号都会被放大，如何通过微流控技术和芯片外表组装修饰，以实现目标分子与其它共存物种的高效别离。
主要研究内容
基于上述所需解决的科学问题，将从以下三个方面展开深入系统的研究：
1．新纳米结构体系的制备及其外表等离子体光子学特性的研究
从设计不同的化学合成途径出发，寻找合成不同大小和形貌的新型贵金属和过渡金属纳米颗粒的方法，及最正确的调控剂和最正确的合成与生长工艺条件，并研究其形成机理。
研究具有壳层结构的新型金属纳米颗粒的制备方法，并研究以上合成的单个金属纳米结构的外表等离子体光子学特性。
构筑自组装的金属纳米颗粒的超结构，研究其可控的制备方法，解决基底材料的稳定性、重复性等关键问题。
探索制备周期性亚波长金属纳米结构的微加工工艺。
在具有某些特殊性质的材料〔如超导体和超大磁电阻材料〕上加工出具有微米以及亚微米尺度的各种周期性人工金属纳米结构，研究材料物性的改变对亚波长外表等离子体光子学特性的影响。
研制电控的可调间距的金属纳米光栅。
研究以上周期性金属纳米结构的外表等离子体光子学特性。
探索利用可调光栅的动力学特征和其外表等离子体光子学特性来设计集分子质量传感和外表增强光谱传感为一体的多功能超灵敏传感器的可能性。
利用消光光谱和暗场散射光谱研究纳米结构的外表等离子体共振频率。
利用扫描进场光学显微镜研究单个金属纳米结构的局域电场分布。
利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱研究金属纳米结构的外表等离子体激元的形成、演化和衰减过程，从而进一步研究金属纳米颗粒的尺寸、构型、以及其周围介质环境对外表等离子体激元的影响，为我们探索制备具有特定外表等离子体光子学特性的金属纳米结构体系提供帮助。
在理论上，〔1〕主要研究纳米系统等离子体激发态及其衰变动力学过程，等离子体激元的微观形成机理。
我们将在过去经典模拟〔FTDT〕和含时密度泛函理论模拟〔TDDFT〕的根底上开展一套半经典理论方法来描写这些过程。
〔2〕研究如何利用外表等离子体共振机理，提高分子在金属纳米结构上的外表增强的电荷和能量转移的距离和效率，及新型纳米结构中外表等离子体共振与电子输运之间的关系，以探寻用外表等离子体共振控制电子输运的可能性。
2.新纳米结构体系的外表增强拉曼散射和外表增强荧光的研究
探索拓展硅基或其它半导体材料为SERS研究新体系，设计新型的外表光电场增强源和新型的采谱方式。
研究硅和氧化物材料的单晶外表和纳米结构外表的物理化学性质，探讨制备条件与外表结构的关系，结合扫描探针显微技术和外表增强拉曼光谱技术获取外表微结构信息以及硅外表与金属纳米结构作用信息。
构建不同类型的金属-金属纳间隙结构，并组装探针分子到纳间隙中，进行系统的SERS光谱技术研究。
探讨外表局域光电场和吸附分子的相互作用，研究拉曼活性探针分子及外表活性中心的结构关联。
结合外表纳米粒子组装技术和电化学控制方法进行SERS检测，探讨不同条件下检测光谱与纳间隙结构及实验条件的关系，从分子水平和电子结构层次上获得微观结构与性能的关系和分子与金属纳间隙结的作用本质。
系统探讨分子在不同纳间隙体系的SERS效应、SPR耦合与纳米结构的关系。
研究激光、纳间隙结构和吸附分子三者之间相互作用的拉曼散射过程，在实验的根底上开展综合物理增强和化学增强机理的统一SERS理论。
研究不同形状、大小、材料的金属纳米粒子以及它们在自组装后粒子间的间隙对外表增强荧光的影响，有利于了解局域外表等离子体共振〔LSPR〕和荧光分子的偶极子间的相互作用，以及共振荧光的电荷、能量转移的途径。
采用具有周期性、重复性、有序性的纳米结构的基底可以排除基底与基底间所吸附粒子的密度及分布不均匀的问题。
所以，可控地调节金属纳米结构的形状、大小、材料和结构间隙有利于更深入研究外表增强的电荷、能量转移的途径和机理。
系统地研究以不同形状、大小、材料的纳米粒子为基底的荧光共振能量转移，同时比拟在相同条件下周期性纳米结构对荧光共振能量转移的影响，从而揭示纳米粒子/结构所参与的共振能量转移的机理。
同时我们还将进一步研究在纳米结构/粒子协助下的单分子荧光共振能量转移，从而揭示以质心为中心的分子运动。
3.外表等离子体共振传感器和外表增强光谱传感器的研究
通过外表金属纳米结构对SPR效应的增强作用，从根本上提高SPR传感器的检测灵敏度。
在理论方面，建立连续金属外表与相邻纳米结构的多界面外表等离子体共振效应耦合理论模型，对多种模式SPR-LSPR的耦合效应进行理论研究，实现具有高灵敏传感性能的外表金属纳米结构的优化设计。
在实验方面，研究单个纳米颗粒与连续金属外表相耦合的SPR效应，最终对多纳米颗粒与连续金属外表构成的体系的SPR效应进行研究，测量纳米粒子的排列方式、间距等对SPR效应的影响。
通过构造基于纳米颗粒有序阵列/连续金属外表多层复合结构的SPR芯片体系，实现对SPR效应的调控。
开展可调控的多层SPR器件纳米结构加工技术，建立在较大尺度上实现SPR器件外表的高精度金属纳米结构修饰的加工方法，探索在具有高平整度的贵金属薄膜上制备具有所需纳米颗粒及其阵列的方法。
建立能够实现高灵敏度、高通量的SPR传感器的实验检测和应用平台。
一方面，对设计加工的SPR传感器件外表的金属纳米结构体系的SPR效应进行实验研究；另一方面，利用具有金属纳米结构的高灵敏SPR传感器件，探索新的快速生化检测途径。
在此根底上，结合先进的光纤、光波导、微流体及电子技术，实现集成化、便携式超高灵敏度的新型SPR检测系统。
研究基于纳流技术和新型纳米结构基底相结合的外表增强光谱传感器，以实现对生物分子的探测，如抗原-抗体间的亲和力。
采用基于金属纳米光栅的纳流沟道探测被拉伸的蛋白质分子、DNA分子的内源荧光。
此外，把纳米光栅为根底的纳流沟道与衰减全反射的SPR传感器相结合，研制集外表增强拉曼、外表增强荧光光谱探测和动态可控SPR传感为一体的多功能超灵敏传感器系统。
利用在纳米结构外表不同的光学“热点〞性质优化外表增强拉曼散射和外表增强荧光效应，实现快速和高空间分辨率、高灵敏度的检测，开展基于外表增强拉曼散射和外表增强荧光统一理论和基于新纳米结构体系的具有识别分子“指纹〞和分子能级特性的无损无标记新型外表增强拉曼光谱和外表增强荧光光谱技术，开展快速实时有效的分子诊断技术，开展基于新型金属纳米结构基底的外表增强光谱传感器。
二、预期目标
总体目标：
本工程的总体目标是面向国家在超灵敏传感器方面的重大需求，自主研发基于外表等离子体共振的新型超灵敏传感器技术和器件原型，以及在新型金属纳米结构体系中与外表等离子体共振相关的根本科学问题上做出原创性的成果。
同时，希望通过组织这一工程，凝聚我国中科院和高校的相关单位在外表等离子体光子学、外表等离子体传感器和外表增强光谱研究领域中的优势研究力量，达成优势互补，共同提高，锻炼出一支高水平的具有国际竞争力的研究队伍，培养优秀的具有国际水准的学术带头人，培养优秀的博士生和博士后，提高我国在超灵敏传感器方面的研究水平和能力。
五年预期目标：
1.从实验和理论两个方面深刻认识外表等离子体激元产生、演化、传导和衰减的过程和机制，找到新型金属纳米结构的可控制备和生长方法，并设计其外表等离子体光子学特性；理解亚波长外表等离子体激元在人造周期结构材料中的传播过程，探索把亚波长外表等离子体共振应用到材料物性研究中的新方法；揭示在金属纳米结构中外表等离子体激元和电子输运之间相互作用的机制。
2.利用各种组装和纳米加工手段，实现可调控的、高密度、高周期性金属纳米结构与金属薄膜的复合外表等离子体共振〔SPR〕传感结构，从理论和实验两个方面探索纳米结构修饰的金属薄膜多层复合结构的新的SPR传感原理，解决目前技术中灵敏度与检测范围、灵敏度与可检测性之间的矛盾，为实现超高灵敏度SPR器件综合性能的提升提供理论根底和技术支持。
3.构筑SERS新体系，重点以硅单晶、硅基纳米材料外表和金属/分子/金属结为研究体系，探讨采用SERS光谱技术获取外表或界面拉曼光谱信息；建立分子、金属纳米结构和激光相互作用的理论模型，开展能够统一SERS电磁增强和化学增强的理论；研制具有高灵敏度、高稳定性的SERS传感器。
4.深入理解荧光外表增强效应和淬灭效应的机制，并找出提高增强效应或者抑制淬灭效应的方法及相应的新型金属纳米结构体系；提高外表增强的荧光共振能量转移的效率和距离，并揭示其精确的物理机制；结合微纳流技术，研制高特异性的外表增强荧光光谱传感器；研制集外表等离子体共振传感器和外表增强光谱传感器于一体的多功能传感器。
5.促进我国物理、化学、生物、材料科学与纳米科学的交叉融合，培养一支高水平的研究团队，尤其是培养一批具有上述交叉学科领域综合知识和研究能力的高水平人才，包括研究生和博士后，培养优秀的具有国际水准的学术带头人；通过工程协作，组成一支在国际上有重要影响的学术梯队，在交叉学科前沿领域的根底研究方面做出原创性的成果，每年在国际一流杂志上发表高水平的学术论文60篇以上，影响因子3以上的论文40篇以上，每年申报专利8-10项，每年培养博士生10名以上。
三、研究方案
总体思路
1.强调理论体系的深度和应用的广度：
在本工程中，我们将不局限于单一的现象和单一的科学问题，而是着眼于整体和科学问题之间的联系，基于具有外表等离子体共振特性的新的纳米结构体系，利用新的研究方法和表征手段，来构建新的理论体系，把外表等离子体共振传感器、外表增强拉曼散射和外表增强荧光中的根本科学问题和外表等离子体光子学有机地联系在一起。
然后，将新理论体系中取得的突破应用于多功能、高通量、超灵敏传感器的研发。
2.加强重大科学问题的攻关和关键技术的突破：
在新的纳米结构体系中，存在一些重大科学问题，例如局域增强的电磁场下分子和金属纳米结构的量子相互作用问题，可控自组装纳间隙结构对分子外表增强光谱的影响问题，对这些问题的解决是构建新的理论模型和理解新现象的关键。
而基于新的探测原理的关键技术的突破却是开展动态可控超灵敏外表等离子体共振传感器以及高特异性的外表增强光谱传感器技术的关键。
3.促进团队的建设和多学科的交叉：
集中我国高校和中科院在外表等离子体光子学及其相关领域的优势力量，互相促进，互相合作，通过多学科的交叉，多个研究平台的合作，以及各种实验手段的互相配合，在基于外表等离子体共振的新纳米结构体系的研究中取得原始创新性的重大成果，开展相应的具有自主知识产权的超灵敏传感器技术。
技术路线
本工程将围绕基于新纳米结构体系的外表等离子体光子学的新特性以及相应的传感器研究，利用纳米制备、加工和表征手段，以及相应的理论模型来研究新纳米结构体系的外表等离子体光子学特性,研究相应的外表增强拉曼光谱和外表增强荧光光谱，开展新一代动态可控的超高灵敏度外表等离子体共振传感器和高特异性的外表增强光谱传感器。
具体研究方案和技术路线如下：
1．新纳米结构体系的制备及其外表等离子体光子学特性的研究
1.1利用化学合成、自组装方法和最近开展起来的微纳加工手段来制备各种新型纳米结构。
在化学合成方法中，我们将引入适宜的外表活性剂和采用适宜的无机盐离子来降低或加快纳米晶生长的动力学和热力学过程来控制不同尺寸、形貌的贵金属和过渡金属纳米颗粒的生长制备。
进而优化合成与生长的工艺条件，实现对贵金属和过渡金属的低维纳米结构的尺寸、形状和成分的有效调控。
在微纳加工手段方面，我们将利用物理所微加工实验室的各种先进设备包括紫外光刻、电子束直写〔EBL〕系统和可辅助沉积或刻蚀的双束聚焦离子束〔FIB〕系统来制作各种尺寸和形貌的纳米结构。
对于大面积的周期性纳米结构，我们将利用微电子所和电工所的先进实验条件进行掩模板的加工。
并利用物理所的微加工条件进行各种探索，开展一套稳定的微米至亚微米尺度周期性和准周期性几何结构点阵的微加工工艺，为开展下一步的研究工作打好根底。
1.2新型金属纳米结构的表征和外表等离子体光子学特性的研究
通过扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、X-射线粉末衍射和X-射线光电子能谱来确定金属纳米颗粒的形貌、尺寸、结构和成分；通过吸收光谱来研究溶液中的金属纳米颗粒的外表等离子体共振频率；利用暗场显微镜和光谱仪研究单个颗粒或单个纳米结构的散射光谱，来确定其外表等离子体共振频率；利用扫描近场光学显微镜来确定单个颗粒或单个纳米结构局域的外表增强电场的分布。
在上述的光学表征中，我们都可以通过改变入射光的偏振或者通过测量散射光的偏振，来研究外表等离子体光子学特性的偏振依赖性。
对于周期性人工金属纳米结构的研究，我们将利用富利叶变换红外光谱仪测量在亚波长波段入射光通过样品后的透射率，利用亚波长外表等离子体的理论进行模拟计算，对所得到的透射谱进行分析，通过透射谱随各参数的改变来研究外表等离子体激元的产生以及传播。
我们也将利用拉曼光谱仪和荧光显微镜研究周期性人工金属纳米结构的外表增强拉曼和外表增强荧光效应。
利用飞秒时间分辨瞬态光谱来探测外表等离子体激元的形成、演化和衰减过程。
理论方面，我们将利用Mie理论、时域有限差分〔FDTD〕的方法来计算新纳米结构体系中外表等离子体光子学特性。
利用我们初步开展起来的一套量子力学的线性响应理论方法，并采用现有的含时理论计算程序包来模拟动力学过程，对外表等离子体激元的产生、演变和衰减过程进行研究。
这两套方法在研究体系的尺度上和激发态性质上可以互相比照和补充。
另外，我们还将进一步开展结合经典理论和量子理论的半经典方法，为处理金属纳米系统的外表和界面动力学作准备。
在外表增强的电荷和能量转移的理论研究上，我们将通过GAUSS,TURBOMORE等量子化学的方法研究金属纳米团簇和所吸附分子的电子结构和激发态能级、势能面。
然后用我们自己编写的FORTRAN程序计算光诱导下它们的电荷和能量转移的动力学过程，研究外表增强电荷和能量转移的机理和有效途径，为理解外表增强荧光的机制提供理论依据。
对于电子输运与外表等离子体共振的相互关系研究，我们方案将含时密度泛函理论〔TDDFT〕和非平衡格林函数〔NEGF〕相结合开展一套能够处理纳米结构、等离子体振荡和电子输运三者关系的算法程序。
2.新纳米结构体系的外表增强拉曼散射和外表增强荧光的研究
2.1新纳米结构体系的外表增强拉曼散射研究
利用金属纳米粒子间的耦合效应可使粒子间光电场得到巨大增强的特点，以各种纳间隙结构为主要研究体系，利用拉曼光谱仪、荧光显微镜及针尖增强拉曼光谱仪系统对单个颗粒或单个纳米结构的外表增强拉曼效应进行研究，开展SERS表征新技术。
〔1）开展以下三种不同的以硅材料外表为对象的外表增强拉曼光谱技术：
〔a〕合成以金或银为核、不同厚度的硅等介质为壳的核壳纳米粒子，利用纳米粒子产生的强电磁场〔SPR效应〕的长程作用，获得硅材料的外表拉曼光谱；〔b〕直接将纳米粒子作用于硅基单晶和纳米结构外表，以诱导增强硅基底的外表拉曼信号；〔c〕利用STM针尖与硅基底形成的纳米间隙和发挥具有高灵敏和空间分辨率的针尖增强拉曼光谱优势，以增强硅基外表的拉曼光谱信号。
〔2〕对处于两个纳米电极〔或纳米粒子〕间隔内的目标分子〔分子结〕的结构和行为的研究，拟采用和开展以下三种新研究方法：
〔1〕利用机械可控断裂结技术构建具有分子尺度的金属间隔（如Ag,Au,Pd、Pt等）；〔2〕针尖增强技术中SPM的Ag或Au针尖与样品之间形成纳米间隔；〔3〕将纳米粒子有序组装在具有热伸缩性或机械弹性的高分子材料基底上，通过改变温度和拉伸力量，以调制粒子间距，获得大量的纳米间隔体系。
〔3）利用纳米间隔体系和金属/分子/金属结并借助SERS理论，优化构成纳间隙的纳米电极、（核壳）纳米粒子或纳米针尖的形状以及核壳的相对厚度，利用激光的波长改变和纳间隙中的外表等离子体性质，研究纳间隙中激光、分子、纳米结构的复杂相互作用机制。
利用SERS分子指纹识别的特点，研究SERS谱峰的频率和强度变化与金属外表的物理和化学性质的关系，从而探索SERS光谱与外表吸附分子及外表微结构密切相关的物理化学规律，为设计开展外表增强拉曼光谱传感器提供实验和理论根底。
〔4）利用和开展适合SERS的时域有限差分理论方法，开展贵金属和过渡金属与光相互作用的模拟方法，可靠地确定SERS中的物理增强效应。
基于第一性原理探讨外表活性中心与分子成键作用、金属活性中心激发态或金属分子复合激发态与外表化学结构性能的关系对SERS光谱的影响。
针对SERS增强效应探讨分子、金属和激光三者的相互作用机制，建立外表等离子体与吸附分子之间能量和电荷转移机制的理论模型，探索开展综合物理增强和化学增强机理的统一SERS理论。
2.2新纳米结构体系的外表增强荧光研究
〔1）以玻璃或石英玻璃为基底，合成金、银或金银合金粒子。
通过使用扫描近场光学显微镜，可以找出最大电磁场增强的区域，再通过化学修饰让荧光团标记的大分子吸附在这些区域的附近从而得到最大荧光增强。
单个粒子或两个粒子间的荧光增强可通过采用荧光显微镜或扫描近场光学显微镜来探测。
通过改变入射光的偏振方向、波长及荧光分子与粒子间的距离来研究荧光增强效应。
〔2）利用电子束刻蚀技术加工出具有周期性、重复性、有序性的金/银纳米结构。
将其做到不导电的玻璃基底上。
另外，利用纳米压印技术我们可以大量复制出我们所需要的新型纳米结构。
通过改变入射光的偏振方向和波长、纳米结构的形状、大小、高度及荧光分子与纳米结构间的距离，采用显微共焦拉曼光谱仪和扫描近场光学显微镜来研究荧光增强效应。
〔3）将标记着供体和受体的生物分子通过化学修饰吸附在金属纳米颗粒或金属纳米结构上。
利用时间分辨荧光谱仪来记录供体和受体的荧光变化，通过调控金属纳米颗粒/结构的大小、形状、间隙和材料来增加荧光共振能量转移的距离和提高其效率，从而在生物检测技术中得到更广泛的应用。
3.外表等离子体共振传感器和外表增强光谱传感器的研究
3.1动态可控的超高灵敏度外表等离子体共振传感器
通过对三维、具有复杂形貌的、高密度、高周期性的金属纳米结构与金属薄膜外表的相互作用机理的深入研究，利用多种调控手段，解决目前外表等离子体共振〔SPR〕传感技术中灵敏度与检测范围、灵敏度与可检测性之间的矛盾，实现新型SPR器件综合性能的显著提升。
〔1）对新的SPR机理的理论研究拟从金属纳米结构本身的SPR效应、金属纳米结构修饰的SPR效应和器件应用特性三个层次出发。
利用数值计算方法，对特定纳米结构进行数值模拟计算和参数优化，实现对于SPR器件修饰所需的复杂纳米结构的目的性设计。
采用半经典电动力学理论，对纳米颗粒的局域外表等离子体共振〔LSPR〕特性进行研究；采用波导理论对外表等离子体波在金属薄膜上的传导特性进行分析。
采用三维全矢量有限元法及有限时域差分法等数值方法对复杂系统进行研究。
在器件性能分析与设计方面，根据传感器系统理论，针对不同纳米结构的SPR响应变化，获得灵敏度与可检测性的优化特性。
实验上，通过实验与应用研究平台，将吸收谱、散射谱的测量等传统的LSPR检测方法与角度、强度、光谱扫描等传统的SPR检测方式相结合，同时引入AFM、STM等近场检测技术，分别对单个颗粒、周期性排列的颗粒等与界面耦合的SPR效应进行检测，研究新型外表金属纳米结构的SPR工作机理与调控效果。
〔2）探索新型可调控的多层纳米结构SPR芯片技术。
拟采用波导耦合SPR、长程SPR等模式，利用波导技术和具有特殊性质的新型材料如非线性材料等相结合，实现以电光方式对外表纳米结构中的连续外表等离子体波的调控。
采用新型复合材料对纳米结构的外表环境、损耗特性进行调控，以到达对整体SPR传感器响应的调控。
与纳米外表处理技术相结合，采用基片弯曲、压电材料和加温等手段，利用应力、压电效应、热膨胀等效应探索通过对纳米结构间距、纳米颗粒特性的改变，实现对LSPR的改变，进而调控纳米结构体系的SPR响应。
在多层芯片基底的制备方面，根据不同材质，对金属层可采用各种薄膜制备方法如真空蒸镀、真空溅射、CVD等，对介质层拟采用甩膜等工艺进行加工。
在关键的外表纳米修饰技术方面，拟探索两条路线：
第一、采取“从上到下〞的研究方法，利用先进的微加工技术制备所需的金属纳米结构；第二、采取“从下到上〞的研究方法，通过自组装、外场驱动等方法制备所需的纳米结构。
〔3）在基于新机理的SPR传感系统与应用的研究方面，通过控制电压来调控新型SPR传感器的响应，实现被检测物的等效介电常数与电压之间的转换。
采用固定角度、波长等激发条件，引入电压等控制条件，实现对被检测物的SPR信号的电压扫描检测。
利用多层纳米结构在同一探测点可以同时激发多个模式的特性，通过对多模式的同时检测，将能更好地分辨探测物与背景，得到更为准确的检测结果。
通过对器件外表纳米结构的调控，改变SPR相应的场分布，实现对超低浓度、超小分子或超大生物体等不同类型被检测物的生化检测。
在检测系统集成方面，拟采用波导和光纤等光学器件探索小型化传感系统的实现方式。
结合微流体技术进行多通道、高阵列的生化检测研究。
3.2构建新型的外表增强光谱传感器。
〔1）利用在硅基纳米间隔体系得到的分子信息并借助外表增强拉曼散射和外表增强荧光
升级会员 