《超手性光學顯微成像實現單分子手性檢測》是依託同濟大學，由張魯凝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超手性光學顯微成像實現單分子手性檢測
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張魯凝
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題利用超手性激發光的駐波特點，從本質上提高手性分子的不對稱因子，同時結合高靈敏度的光熱成像圓二色技術，提出一種非侵入式的可以對單分子進行手性探測的光學顯微成像方法。對於入射光強度10-10量級的單分子圓二色吸收信號，可以實現信噪比大於2甚至更高的單分子成像。本研究中提出的光熱成像圓二色譜法(CD-PTI, photothermal imaging circular dichorism)所使用的光學儀器並不昂貴，光路設計簡單，有望在非光學專業的分析化學實驗室實現普遍套用。
結題摘要
納米技術領域的一個非常本質的問題，那就是能否藉助單一的納米結構例如納米顆粒，對化學反應進行控制以及化學成分進行檢測，這些研究將為微納米尺度技術的發展和套用拓寬前景。本項目基於此思路，藉助單個金納米顆粒的光熱信號，檢測其周邊微環境的變化，從而實現單個納米結構對其周圍化學成分和化學變化的跟蹤檢測。由於光熱信號依賴於被雷射加熱的金納米顆粒與周圍微環境的能量交換，因此界面上分子的種類、密度、分子量、運動速度都會影響光熱信號的大小。我們嘗試了三個方向，第一是利用具備手性特徵的雷射圓偏振光與手性分子匹配，檢測金納米顆粒表面修飾的手性多肽分子。第二個是利用光熱信號與氣體熱導性質的高度相關性，利用單個金納米顆粒檢測氣體成分。第三個是將DNA修飾在金納米顆粒表面，藉助外界刺激使單鏈DNA形成G4四聯體結構，利用光熱信號實時跟蹤構象變化過程。首先我們成功搭建和調試了光熱裝置，實現了對10-100nm直徑單個金納米顆粒在液相和氣相環境下的光熱檢測。系統性的結果主要集中在氣體檢測方面。單個金納米顆粒可以檢測氣體的壓強與成分變化，我們發現光熱信號與氣壓的四次方成正比，體現出氣體分子與納米顆粒表面通過碰撞傳熱的熱力學特徵。另外，光熱信號的強度與二元組分氣體中較高熱導率的氣體濃度成正比，例如在氫氣/氬氣中，信號與氫氣濃度呈線性遞增關係。我們實現了1%氫氣和1%氦氣濃度的成功檢測。此外，光熱信號僅在1-10%氫或氦氣濃度範圍內呈現線性關係。隨著濃度增加，在10-90%範圍內信號首先逐漸衰減，在50%左右出現極小值，然後逐漸增加，在90%達到最大。這一現象的原因目前仍在探索中。此外，我們測量了多肽修飾的金納米顆粒的圓二色光熱信號，檢測到其非對稱因子大約為0.06 ，標準偏差為0.15，從統計意義來講該結果並不能證明我們的光熱信號可以確定地識別出手性分子。在DNA構象變化的實驗中，光熱信號隨著DNA的構象變化逐漸降低，表明金納米顆粒周圍折射率增加，但是這部分實驗仍在繼續，尚缺乏系統性可發表的結果。
