Оптические свойства наночастиц золота и серебра в связи с задачами биодиагностики

• Автор: Трачук, Любовь Анатольевна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯИ

1.1. Плазмонный резонанс металлических наночастиц и его применение в биологии и медицине.

1.1.1. Зависимость плазмонпого резонанса от размера, структуры и формы частиц

1.1.2. Методы синтеза частиц различной формы и структуры

1.1.3. Применение частиц с плазмонным резонансом в биологии и медицине

1.1.4. Принципы действия биосенсоров различного типа

1.2. Моделирование оптических свойств металлических наночастиц и кластеров.

1.2.1. Методы расчета оптических характеристик отдельных частиц и кластеров.

1.2.1.1. Рэлеевское приближение и теория Ми.

1.2.1.2. Метод дискретных диполей.
1.2.1.3. Метод Тматриц.
1.2.1.4. Методы расчета оптических свойств металлических кластеров.
1.2.2. Спектры экстинкции и рассеяния металлических наночастиц.
1.2.3. Деполяризация рассеянного света
1.3. Нерешенные проблемы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСТЕРЖНЕЙ.
2.1. Новая модель наностержней, основанная на форме реальных
2.2. Спектры экстинкции и рассеяния наностержней
2.2.1. Золотые наностержни
2.2.2. Серебряные наностержни.
2.3. Новый спектральный резонанс золотых и серебряных наностержней.
2.3.1. Спектры экстипкции, поглощения и рассеяния частиц с хаотической ориентацией
2.3.2. Зависимость квадруполъного резонанса от параметров и ориентации частиц
2.4. Деполяризация лазерного света, рассеянного золотыми наностержнями с хаотической ориентацией
2.4.1. Спектральная зависимость деполяризационного отношения для частиц различного размера и формы
2.4.2. Экспериментальные измерения деполяризации и сравнение с расчетами
2.5. Заключение и выводы по разделу.
ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОТЫХ, СЕРЕБРЯНЫХ И КОМПОЗИТНЫХ НАНООБОЛОЧЕК.
3.1. Спектры экстинкции и рассеяния золотых и серебряных нанооболочек.
3.1.1. Влияние размеров ядра
3.1.2. Влияние толхцины оболочки
3.1.3. Влияние показателя преломления ядра
3.3. Спектры экстинкции и рассеяния композитных металлодиэлектрических наноструктур
3.4. Заключение и выводы по разделу.
ГЛАВА 4. ЗАВИСИМОСТЬ ПЛАЗМОННОГО РЕЗОНАНСА НАНОЧАСТИЦ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ И СТРУКТУРЫ ОТ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОКРУЖЕНИЯ.
4.1. Наносферы
4.2. Наностержни
4.3. Бисферы
4.4. Нанооболочки.
4.5. Вытянутые нанооболочки новый тип гибридных наноструктур нанообол о ч кастержень.
4.6. Экспериментальное исследование зависимости спектрального положения продольного плазмонного резонанса наностержней от показателя преломления внешней среды.
4.6. Заключение и выводы по разделу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые показано что в спектрах экстинкции наностержней с эквиобъемным диаметром более нм появляется квадрупольный резонанс, который определяется осевым отношением, возбуждается только ТМ падающей волной и максимален при ориентации длинной оси под углом по отношению к падающему свету. Экспериментальная демонстрация резонансов такого типа в суспензиях наностержней впервые опубликована в г. Впервые , проведено сравнительное исследование зависимости плазменного резонанса от диэлектрического окружения для частиц различной формы и структуры сферы, бисферы, стержни, нанооболочки. Приоритет публикаций , подтвержден их цитированием в близком исследовании 9. Впервые исследована гибридная наноструктура несферическая нанооболочка , обладающая наибольшей чувствительностью продольного резонанса к диэлектрическому окружению. Теоретические оценки спектральных сдвигов согласуются с первым экспериментальным результатом . Достоверность научных результатов подтверждается согласием с расчетами других групп в области совпадения моделей, а также качественным и количественным согласием с результатами экспериментов, выполненных в ИБФРМ РАН и в независимых исследованиях других авторов. Модель зцилиндров адекватно описывает свойства реальных золотых наностержней, а вычислительные затраты по методу Тматриц на порядки меньше, чем в методе дискретных диполей. Новый резонанс наностержней с эквиобъемным диаметром 0 нм имеет квадрупольную природу и максимален при ориентации ТМ волны под углом по отношению к длинной оси частицы. Зависимости плазмонного резонанса и деполяризационного отношения от осевого отношения хорошо предсказываются классической теорией Ганса, если только толщина наностержней не превышает 5 нм. Для реальных толщин частиц нм требуется коррекция по точной теории. Для наночастиц с эквиобъемным диаметром нм сдвига плазмонных резонансов при изменении показателя преломления среды убывают в рядах серебро золото и бисферы оболочки цилиндры сфероиды сферы. С увеличением толщины оболочек до нм их сенсорная чувствительность приближается к таковой для шаров. Гибридные наноструктуры типа полого сфероида характеризуются максимально гибкой настройкой продольного резонанса и максимальной чувствительностью к диэлектрическому окружению. Личный вклад соискателя состоит в адаптации вычислительных алгоритмов для решения конкретных задач, проведении всех расчетов и их анализе. Постановка задач и подготовка публикаций выполнены при основном участии проф. Н.Г. Хлебцова. Часть расчетов выполнена совместно с к. А.Г. Мельниковым. Для сравнения с расчетами в работе использованы экспериментальные данные для золотых наностержней, полученные д. В.А. Богатыревым, д. Л.А. Дыкманом, к. Б.Н. Хлебцовым и к. Алексеевой. Работа выполнена в Лаборатории биосенсоров на основе наноразмерных структур ИБФРМ РАН в рамках плановых госбюджетных тем НИР. Гранты. Данные исследования поддерживались грантами РФФИ проекты 0, 6,4 и 6,1а, 2а, государственными контрактами ФЦНТП Агентства по науке и инновациям РФ . Минобразования РФ 6 аспирантский грант . XIII Ii i i i xi, . Ii i i, . ИБФРМ РАН . РАН 2, и . Структура диссертации такова. Во Введении обоснована актуальность темы работы и е научнопрактическое значение, представлены объекты и методы исследования. В Главе 1 дан обзор литературных источников, касающихся проблем получения и использования различных металлических наночастиц, а также построения математических моделей, описывающих их оптические свойства. В Главе Э представлен анализ зависимости экстинкции и рассеяния света от различных параметров нанооболочек с полостью внешняя среда или диэлектрическим ядром двуокись кремния. В расчетах использовали спектральную зависимость диэлектрической проницаемости металла, скорректированную на ограничение длины пробега электронов толщиной оболочки. В Главе 4 проводится теоретический анализ влияния показателя преломления внешней среды на оптические свойства наночастиц различных размеров, форм и структуры и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Диссертационная работа изложена на 1 странице, содержит рисунка, 2 таблицы и 4 литературных источника.