近日, 中國科學院上海應用物理研究所與莫納什大學, IBM公司等合作, 通過DNA誘導金納米粒子自組裝製備了二維單層金納米膜, 可實現濕度響應的變色. 相關工作線上發表在Advanced Materials雜誌上.
二維納米材料的優異光物理性質使其在納米光/電學, 生物感測分析等領域展現出重要的應用前景. 然而, 如何自下而上地通過自組裝的方法構建二維納米材料並構建具有宏觀光學性質的器件卻是一個難點. 上海應物所物理生物學研究室博士沈建磊等在研究員樊春海指導下, 並通過與IBM公司教授周如鴻和澳洲莫納什大學教授程文龍合作, 通過DNA特異性識別作用, 實現金納米粒子在不同界面上厘米級的單層組裝. 有趣的是, 構建的單層金納米膜的顏色是隨著周圍水含量的變化可逆變化的. 理論計算表明, 濕潤狀態下DNA呈伸展狀態, 此時納米顆粒間的距離較遠. 而在乾燥狀態下DNA發生捲曲, 導致顆粒間間距縮小. 顆粒間距的變化會改變金納米粒子表面電漿體共振的偶合程度. 通過研究樣品的表面增強拉曼光譜, 研究人員發現在乾燥狀態下納米膜內顆粒之間局域電場會顯著增強. 這一結果揭示了表面電漿體協同耦合導致的宏觀尺度上顏色變化的機制.
這一現象在濕度監控, 生物感測, 資訊存儲及光伏領域均具有潛在的應用價值.
