近日, 中国科学院上海应用物理研究所与莫纳什大学, IBM公司等合作, 通过DNA诱导金纳米粒子自组装制备了二维单层金纳米膜, 可实现湿度响应的变色. 相关工作在线发表在Advanced Materials杂志上.
二维纳米材料的优异光物理性质使其在纳米光/电学, 生物传感分析等领域展现出重要的应用前景. 然而, 如何自下而上地通过自组装的方法构建二维纳米材料并构建具有宏观光学性质的器件却是一个难点. 上海应物所物理生物学研究室博士沈建磊等在研究员樊春海指导下, 并通过与IBM公司教授周如鸿和澳洲莫纳什大学教授程文龙合作, 通过DNA特异性识别作用, 实现金纳米粒子在不同界面上厘米级的单层组装. 有趣的是, 构建的单层金纳米膜的颜色是随着周围水含量的变化可逆变化的. 理论计算表明, 湿润状态下DNA呈伸展状态, 此时纳米颗粒间的距离较远. 而在干燥状态下DNA发生卷曲, 导致颗粒间间距缩小. 颗粒间距的变化会改变金纳米粒子表面等离子体共振的偶合程度. 通过研究样品的表面增强拉曼光谱, 研究人员发现在干燥状态下纳米膜内颗粒之间局域电场会显著增强. 这一结果揭示了表面等离子体协同耦合导致的宏观尺度上颜色变化的机制.
这一现象在湿度监控, 生物传感, 信息存储及光伏领域均具有潜在的应用价值.
