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基于DNA控制的双纳米金球共振耦合对图像增强的研究

发布时间:2018-05-25 01:11

  本文选题:双金纳米粒子 + 共振耦合 ; 参考:《大连理工大学》2016年硕士论文


【摘要】:光学检测微纳米粒子在纳米光电子、生物医学等领域具有重要的应用价值和研究价值,而研究双纳米粒子共振耦合对图像的增强效果,对提升光学探测纳米粒子技术水平具有重要意义。在高会聚的光场激励下,金属纳米粒子产生局域表面等离子体效应,对图像有增强效果,因此可以将纳米粒子用于生物探针,对生物体做纳米显微成像。本论文应用三维时域有限差分法(3D-Finite Difference Time Domain),主要研究了双金属纳米粒子结构的耦合共振特性和共振耦合对图像的增强效果。本文的研究成果将广泛应用在生物医学显微成像领域,更易于对疾病作出早期诊断。在显微成像中,共振增强的强度和共振光谱特征一直是学者们感兴趣的课题,但目前还未有深入的研究,本论文利用三维时域有限差分法,系统研究了单、双体金属纳米结构的耦合共振特性和近场分布之间的关系,并通过实验验证了理论。本课题的研究成果将广泛应用在生物医学显微成像领域,更易于对疾病作出早期诊断。金纳米粒子具有易制备、易修饰、体积小,毒性低,且生物相容性良好等特性,可以作为生物探针,另外双纳米粒子的局域表面等离子体效应能增强信号,更便于生物医学方面的应用。本文研究了:1)利用FDTD方法,建立模型,详细说明了模型的建立及参数设定。计算了单纳米金球和双纳米粒子的消光曲线和近场电场分布;计算了不同间距的双纳米金球的消光曲线及近场电场分布,比较了单纳米金球和双纳米金球的消光曲线和能量分布,可以明确双纳米金球间存在局域表面等离子体效应,并利用这个效应探索对在图像增强上应用;2)研究了双纳米金球与会聚光相互作用,双纳米球对会聚光的散射作用;3)通过生物化学手段,自己设计并制作了直径为60nm,间距为2nm左右的双纳米金球,并通过SEM扫描验证,用于光学扫描实验。在本文中,通过模型仿真结果和实验数据,实现了60 nm直径双纳米金球耦合共振对图像增强。本文主要创新点:1)应用数值仿真和实验两种手段验证了双纳米金球共振耦合对图像的增强效果;2)通过FDTD方法的计算,明确了共振耦合作用与双纳米金球间距的关系;3)应用DNA技术控制双纳米金球的距离,并用SEM和TEM方法验证了样品质量,并应用于光学扫描成像。
[Abstract]:Optical detection of microparticles has important application value and research value in the field of nano-photoelectron, biomedicine and so on. It is of great significance to improve the technical level of optical detection of nanoparticles. Under the excitation of highly convergent light field, the metal nanoparticles produce local surface plasma effect, which can enhance the image, so the nanoparticles can be used as biological probes to make nanomicroscopic imaging of organisms. In this paper, 3D finite difference time-domain method is used to study the coupling resonance characteristics of bimetallic nanoparticles and the effect of resonance coupling on image enhancement. The results of this paper will be widely used in biomedical microscopic imaging, and it is easier to make early diagnosis of diseases. In microscopic imaging, the intensity of resonance enhancement and the characteristics of resonance spectrum have always been a topic of interest to scholars, but no in-depth research has been done at present. In this paper, we use the three-dimensional finite-difference time-domain method to systematically study the singlet. The relationship between the coupling resonance characteristics and the near field distribution of binary metal nanostructures is verified by experiments. The research results of this paper will be widely used in biomedical microscopic imaging, and it is easier to make early diagnosis of diseases. Gold nanoparticles have the characteristics of easy preparation, easy modification, small volume, low toxicity, and good biocompatibility, and can be used as biological probes. In addition, the local surface plasma effect of double nanoparticles can enhance the signal. More convenient for biomedical applications. In this paper, the FDTD method is used to establish the model, and the establishment of the model and the parameter setting are discussed in detail. The extinction curve and near field electric field distribution of single nanometre gold ball and double nanocrystalline gold ball are calculated, and the extinction curve and near field electric field distribution of double nanometer gold ball with different spacing are calculated. The extinction curve and energy distribution of single and double nanocrystalline gold spheres are compared. It is clear that there is a local surface plasma effect between the two nanometers. And using this effect to explore the interaction between the two nanometre gold spheres participating in the gathering light, and the scattering action of the double nanospheres to the condensed light by biochemical means. The double nanometre gold spheres with a diameter of 60 nm and a distance of about 2nm are designed and fabricated, and verified by SEM scanning, they are used in optical scanning experiments. In this paper, through the simulation results and experimental data, 60 nm diameter double nanometre gold sphere coupling resonance is realized to enhance the image. In this paper, the main innovation point: 1) using numerical simulation and experiment to verify the effect of double nanometre gold sphere resonance coupling on image enhancement. (2) the FDTD method is used to calculate the image enhancement effect. The relationship between the resonance coupling and the distance between the two nanometre gold spheres is clarified. The DNA technique is used to control the distance between the two nanometers, and the sample quality is verified by SEM and TEM methods, and used in optical scanning imaging.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R310

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