利用不同形狀金/銀奈米顆粒製備Langmuir-Blodgett薄膜及螢光增強測試
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(2) 謝誌 在兩年的碩士生涯中，學習到了很多，學習到了許多關於化學的知識以及實 驗技巧。也因為有許多人的幫助，我才能順利的完成我的碩士論文，在此致上最 高謝意。首先，要最先感謝的是我的指導教授，陳家俊老師，能讓我加入有著良 好且舒適環境的實驗室，也給了我許多關於實驗上的建議。接著要感謝顏宏吉學 長在碩士兩年的期間給了我許多實驗方面的建議。另外要感謝口試委員郭聰榮老 師、王迪彥老師、李紹先老師能夠在百忙之中撥空前來蒞臨此次口試。 在讀碩士的期間，要感謝學長姊伯均、威志、士堯、千華、信仲、征傑、珈 穎、子琳、俊堯、理軒、弘毅在實驗上的幫助，也感謝同學洧正、御宸、福利、 祐丞、啟盤、珮瑜、敏慧在實驗研究上互相成長及兩年的陪伴鼓勵。也感謝學弟 妹永寧、祐霆、慧穎、智盈、思穎、立中讓實驗室充滿歡樂。 最後，我要感謝我的家人，在求學生涯中提供我許多資源，使我求學時能無 後顧之憂。碩士生涯即將在此告一段落，再次對上述等人獻上真誠的謝意，謝謝 各位。. I.
(3) 摘要 金屬螢光增強(Metal-Enhanced Fluorescence，MEF)應用於生物傳感器已經有 了許多深入的研究，其設計了各種金屬奈米結構來改變近場的電磁場強度，以用 來增強鄰近分子的螢光強度。金屬奈米結構，例如金和銀等材料對螢光有著強烈 的影響，像是金屬奈米材料可以與近端螢光團相互作用可以增加其量子產率、降 低螢光生命週期、增加光穩定性和增加螢光共振能量轉移的距離等等，通常兩者 距離約在 10nm 時有最佳螢光增強效果。在本實驗中透過製備金奈米棒、金/銀核/殼奈米長方體結構及金-金銀合金奈米搖鈴型結構，且以 Langmuir-Blodgett (LB)將金屬奈米材料沉積在金島狀及羧酸化玻璃片的兩種基板上。用四種不同的 壓力控制奈米材料在基板上的密度，分別為 5mN/m、8mN/m、14mN/m、17mN/m。 使用 Cy5、IR800 這兩種螢光染劑觀察金屬螢光增強現象。發現了 5mN/m-金/銀 -核/殼結構-羧酸化玻璃-IR800 有著最高的螢光倍率，其螢光增強倍率可達 177 倍。 期望在未來能應用於生化檢測。. 關鍵字: 金奈米棒、金/銀-核/殼奈米長方體、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金 屬螢光增強、Langmuir – Blodgett. II.
(4) Abstract Metal enhanced fluorescence (MEF) has been intensively applied in the field of fluorescence-based biosensing. Various metal nanostructures have been developed to increase the fluorescence intensities by placing the fluorophores within the enhanced electromagnetic field at the near-field range. Metal nanomaterials, such as gold and silver, have been demonstrated a strong influence on fluorescence. Metal nanostructures can interact with the proximal fluorophores to increase quantum yield, reduce fluorescence lifetime, increase photostability, and increase the distance of fluorescence resonance energy transfer. Generally, when the distance between the metal surface and fluorophore is about 10 nm, fluorescence intensities show the best enhancement. In this study, we utilized the Langmuir-Blodgett (LB) technique to deposit three different nanoparticles, including gold nanorods, Au@Ag core-shell nanocuboids and Au-Ag nanorattles, on two kinds of substrates (gold nanoisland films and carboxylated polysine slides (glass)). Four different pressures (5 mN/m, 8 mN/m, 14 mN/m and 17 mN/m) were controlled to manipulate the particle densities on the prepared metal films. Further, for the fluorescence enhancement, Cy5 and IR800 fluorescent dyes were used as the fluorophores to calculate their enhancement factors. The highest fluorescence enhancement of 177-fold was obtained for IR800 dyes, when the substrate was prepared by depositing Au@Ag core-shell nanocuboids on the glass substrate at a pressure of 5 mN/m. The promising fluorescence enhancement showed the potential for the application of biochemical detection. Keywords: Gold Nanorods. Au@Ag Nanocuboids. Gold/Silver Nanorattles. MetalEnhanced Fluorescence. Langmuir-Blodgett III.
(5) 目錄 謝誌................................................................................................................................ I 摘要............................................................................................................................... II Abstract ........................................................................................................................ III 目錄..............................................................................................................................IV 圖表目錄.................................................................................................................... VII 表目錄..........................................................................................................................XI 第一章 緒論.................................................................................................................. 1 1-1 貴金屬奈米材料的性質 ................................................................................ 1 1-2 貴金屬螢光增強應用 .................................................................................... 3 1-3 金屬螢光增強(Metal-Enhanced Fluorescence, MEF) ................................... 5 1-4 局部表面電漿共振 ........................................................................................ 7 第二章 文獻回顧與研究動機...................................................................................... 9 2-1 金/銀奈米材料之合成 ................................................................................... 9 2-1-1 金奈米棒 ............................................................................................. 9 2-1-2 金奈米棒再生長銀的金/銀-核/殼奈米長方體結構(Au@Ag nanocuboids) ................................................................................................ 11 2-1-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構...................................................... 14 2-2 Ag nanocubes on a metal film (NOM)結構 .................................................. 16 2-3 Langmuir-Blodgett (LB)................................................................................ 18 IV.
(6) 2-4 研究目的 ...................................................................................................... 20 第三章 實驗儀器與步驟............................................................................................ 21 3-1 實驗藥品 ...................................................................................................... 21 3-2 實驗器材及儀器介紹 .................................................................................. 23 3-2-1 往復式振盪恆溫水槽(B601D)......................................................... 23 3-2-2 恆溫循環水槽(FIRSTEK B401H) ................................................... 23 3-2-3 玻片迷你微量離心機 ....................................................................... 24 3-2-4 24 孔盤(ProPlate® Multi-Well Chambers) ........................................ 24 3-2-5 迴轉式震盪器(OS-701) .................................................................... 25 3-2-6 紫外光-可見光吸收光譜儀(UV-Visible spectrophotometer) .......... 25 3-2-7 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM) ........... 26 3-2-8 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM) .... 26 3-2-9 離心機(Centrifuge) ........................................................................... 27 3-2-10 微陣列螢光掃描儀(Microarray Fluorescence Scanning Device) .. 27 3-2-11 分子膜製備機(Langmuir-Blodgett Film) ....................................... 28 3-2-12. 紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀(UV-vis-NIR) .................. 29. 3-3 實驗步驟 ...................................................................................................... 30 3-3-1 金奈米棒之合成 ............................................................................... 30 3-3-2 金奈米棒之再生長銀 ....................................................................... 30 3-3-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之合成.......................................... 31. V.
(7) 3-3-4 奈米金屬之轉相 ............................................................................... 31 3-3-5 製備金奈米島狀薄膜 ....................................................................... 32 3-3-6 金屬單層薄膜之製備 ....................................................................... 32 3-3-7 金屬薄膜之螢光測試 ....................................................................... 33 第四章 結果與討論.................................................................................................... 34 4-1 金屬奈米顆粒之鑑定 .................................................................................. 34 4-1-1 金奈米棒 ........................................................................................... 34 4-1-2 金/銀-核/殼奈米長方體結構 ........................................................... 34 4-1-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構...................................................... 35 4-2 金屬奈米顆粒之轉相 .................................................................................. 36 4-3 金屬奈米顆粒之 Langmuir–Blodgett .......................................................... 39 4-3-1 不同奈米結構之 Langmuir–Blodgett .............................................. 39 4-3-2 不同壓力金/銀-核/殼結構之 Langmuir–Blodgett ........................... 43 4-4 金屬奈米顆粒之螢光測試 .......................................................................... 46 4-4-1 不同奈米結構螢光測試 ................................................................... 46 4-4-2 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構之螢光測試 ....................... 52 第五章 結論................................................................................................................ 58 參考文獻...................................................................................................................... 59. VI.
(8) 圖表目錄 圖 1-1. LSPR 衰減的示意圖 1 .................................................................................... 2. 圖 1-2. 不同方法之間螢光增強的的比較 1 ............................................................... 4. 圖 1-3. （a）局部表面等離子體共振（LSPR）。（b）等離子體耦合效應。9....... 6. 圖 1-4. 不同長寬比金奈米棒的光學性質。（A）不同尺寸的 TEM，（B）不同顏. 色（C）不同的 SPR 波長。12 ............................................................................. 7 圖 1-5. （A）金球形奈米顆粒的 LSPR 示意圖（B）金球形奈米顆粒的 LSPR. 吸收圖譜（C）金奈米棒的 LSPR 吸收帶的示意圖：LPB（C 上圖）和 LPB （C 下圖）的電子振盪（D）金奈米棒的 LSPR 吸收圖譜 20。 ...................... 8 圖 2-1. 合成金奈米棒的三種主要合成種子方法 ................................................... 10. 圖 2-2. 由金奈米棒再生長的核-殼奈米結構之掃描式（SEM）/穿透式電子顯微. 鏡（TEM）圖像。(a)Au nanorods (b-f)Au@Pd nanocrystals (g-j)Au@Ag nanocuboids (k-l)Au@Au nanocrystals34 ............................................................ 11 圖 2-3. Au@Ag nanocuboids (A) TEM 圖譜(B) UV-Vis 圖譜 35............................. 12. 圖 2-4. 785nm 的 Au@Ag nanocboids 模擬電場圖（a，b，c）分別為，頭對. 頭、側面對頭即側面對側面。入射光由白色箭頭表示 36。 .......................... 13 圖 2-5. (A)在加入 HAuCl4 之前（1）和之後（2-8）的 UV-可見-近紅外消光光. 譜。(B-E)在加入 0.5mM HAuCl 4 進行置換之前（B）和之後（C-E）的 TEM 圖像、HAADF-STEM 圖像（i）和 XEDS 圖（ii）（綠色:Ag，紅 色:Au）。TEM 圖和 HAADF-STEM 的比例尺分別為 100 和 40nm37。 ....... 15 圖 2-6. （a）在空氣-水界面處的銀奈米立方體陣列的沉積過程的圖像。（b）沉. 積在金薄膜後緊密堆積的銀奈米立方體，因為銀表面上含有聚合物所以有 著 3nm 的間隙。比例尺=1.0μm。38 ............................................................... 16. VII.
(9) 圖 2-7. （a）NOM 結構的示意圖。其參數包括顆粒間距離（d），奈米立方體. 長度（e），金膜的厚度（τ）和介電層高度（h）。（b）模擬長度為 92nm 的銀奈米立方體的 NOM 陣列的反射光譜 38，d=4-300nm。 ........................ 17 圖 2-8. Langmuir-Blodgett 技術 39 ............................................................................ 18. 圖 3-1. 往復式振盪恆溫水槽 ................................................................................... 23. 圖 3-2. 恆溫循環水槽 ............................................................................................... 23. 圖 3-3. 玻片迷你微量離心機 ................................................................................... 24. 圖 3-4. 24 孔盤 .......................................................................................................... 24. 圖 3-5. 迴轉式震盪器 ............................................................................................... 25. 圖 3-6. 紫外光-可見光吸收光譜儀 .......................................................................... 25. 圖 3-7. 掃描式電子顯微鏡 ....................................................................................... 26. 圖 3-8. 穿透式電子顯微鏡 ....................................................................................... 27. 圖 3-9. 離心機 ........................................................................................................... 27. 圖 3-10. 微陣列螢光掃描儀 ..................................................................................... 28. 圖 3-11. 分子膜製備機 ............................................................................................. 28. 圖 3-12. 紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀....................................................... 29. 圖 4-1. 金奈米棒之 (A)TEM (B)吸收光譜 ............................................................. 34. 圖 4-2. 金/銀-核/殼奈米長方體之 (A)TEM (B)吸收光譜 ..................................... 35. 圖 4-3. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之 (A)TEM (B)吸收圖譜........................ 35. 圖 4-4. 金/銀-核/殼奈米長方體結構之不同溶劑轉相吸收光譜 ............................ 36. 圖 4-5. 不同金/銀奈米材料，金奈米棒(A)轉相前(B)PVP(H2O)(C)PVP(DMF)，. 金/銀-核/殼奈米長方體結構(D)轉相前(E)PVP(H2O)(F)PVP(DMF)，金棒-金 銀合金奈米搖鈴型結構(G)轉相前(H)PVP(H2O)(I)PVP(DMF)，之 TEM 圖 37 圖 4-6. 不同金/銀奈米材料，(A)金奈米棒(B) 金/銀-核/殼奈米長方體結構(C)金. 棒-金銀合金奈米搖鈴型結構，之轉相吸收圖譜 ............................................ 38 VIII.
(10) 圖 4-7. 金/銀-核/殼奈米長方體結構之(A)LB 壓力-面積圖(B)SEM 圖 ................ 39. 圖 4-8. 金/銀-核/殼奈米長方體結構(A)Langmuir–Blodgett 圖(B)沉積在，左為羧. 酸化的 Polysine 玻璃基板右為金奈米島狀薄膜的玻璃基板。 ...................... 40 圖 4-9. 金/銀-核/殼奈米長方體結構在液態及固態的吸收光譜 ............................ 40. 圖 4-10. 金奈米棒之(A)LB 壓力對面積圖(B)SEM 圖 ........................................... 41. 圖 4-11. 金奈米棒之(A)反射(B)穿透(C)吸收光譜 ................................................. 41. 圖 4-12. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之(A)LB 壓力對面積圖(B)SEM 圖...... 42. 圖 4-13. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之(A)反射(B)穿透(C)吸收光譜............ 42. 圖 4-14. 5 mN/m、8 mN/m 壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構之(A)(D)反射. (B)(E)穿透(C)(F)吸收光譜 ................................................................................. 43 圖 4-15. 14 mN/m、17 mN/m 壓力的金/銀-核/殼結構之(A)(D)反射(B)(E)穿透. (C)(F)吸收光譜 ................................................................................................... 44 圖 4-16. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構之 SEM 圖(A)5 mN/m (B)8. mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m。 .................................................................... 45 圖 4-17. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體 NOM 結構之 SEM 圖(A)5 mN/m. (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m。 ............................................................ 45 圖 4-18. 不同形狀薄膜在 Cy5 之螢光強度圖片(A) 金/銀-核/殼奈米長方體結構. (B) 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)金奈米棒.......................................... 47 圖 4-19. 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米. 棒、金島狀在不同濃度 Cy5 的螢光比較 ......................................................... 47 圖 4-20. 不同形狀薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A) 金/銀-核/殼奈米長方體結. 構 (B) 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)金奈米棒.................................... 48 圖 4-21 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米 棒、金島狀在不同濃度 IR800 的螢光比較...................................................... 48 圖 4-22. 不同形狀薄膜在 Cy5 之螢光強度圖片(A)NOM-金/銀-核/殼奈米長方體 IX.
(11) 結構 (B)NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)NOM-金奈米棒 ............ 50 圖 4-23. NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型. 結構、NOM-金奈米棒在不同濃度 Cy5 的螢光比較 ...................................... 50 圖 4-24. 不同形狀薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A)NOM-金/銀-核/殼奈米長方. 體結構 (B)NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)NOM-金奈米棒 ........ 51 圖 4-25. NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型. 結構、NOM-金奈米棒在不同濃度 IR800 的螢光比較 ................................... 51 圖 4-26. 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 Cy5 之螢光強度圖(A)5. mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m .................................................... 53 圖 4-27. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m)在不同 Cy5 濃度的螢光比較 .............................................. 53 圖 4-28. 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A). 5 mN/m (B) 8 mN/m (C) 14 mN/m (D) 17 mN/m .............................................. 54 圖 4-29. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光比較 ......................................... 54 圖 4-30. 不同壓力 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 Cy5 之螢光強度圖. 片(A)5 mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m ........................................ 56 圖 4-31. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m)在不同 Cy5 濃度的螢光比較 .............................................. 56 圖 4-32. 不同壓力 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 IR800 之螢光強度. 圖片(A)5 mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m .................................... 57 圖 4-33. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光比較 ......................................... 57. X.
(12) 表目錄 表 4-1 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米棒 在不同濃度 CY5 的螢光倍率數值..................................................................... 47 表 4-2 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米棒 在不同濃度 IR800 的螢光倍率數值.................................................................. 48 表 4-3 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、 NOM-金奈米棒在不同濃度 CY5 的螢光倍率數值 .......................................... 50 表 4-4 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、 NOM-金奈米棒在不同濃度 IR800 的螢光倍率數值 ....................................... 51 表 4-5 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5MN/M、8MN/M、14MN/M、17MN/M) 在不同 CY5 濃度的螢光倍率數值..................................................................... 53 表 4-6 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5MN/M、8MN/M、14MN/M、17MN/M) 在不同 IR800 濃度的螢光倍率數值.................................................................. 54 表 4-7 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5MN/M、8MN/M、14MN/M、 17MN/M)在不同 CY5 濃度的螢光倍率數值...................................................... 56 表 4-8 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5MN/M、8MN/M、14MN/M、 17MN/M) 在不同 IR800 濃度的螢光倍率數值 ................................................. 57. XI.
(13) 第一章 緒論 1-1 貴金屬奈米材料的性質 一般的奈米材料有著許多性質，像是表面效應（Surface Effect） 、小尺寸效應 （ Small Scale Effect ）、 量 子 尺 寸 效 應 （ Quantum Effect ） 及 量 子 穿 隧 效 應 （Macroscopic Quantum Tunneling Effect）。表面效應即其表面能高，且位於表面 的原子占相當大的比例。由於表面原子數增多，原子配位數不足及高的表面能， 使這些表面原子具有高的活性，極不穩定，很容易與其它原子結合。小尺寸效應 是指當奈米顆粒的尺寸與光波波長相當或更小時，晶體週期性的邊界條件將被破 壞，非晶態奈米顆粒表面層附近的原子密度減小，導致聲光，電磁，熱力學等物 性呈現新的特性。量子尺寸效應，是當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能階 （Fermi level）附近的電子能階由連續變為獨立（discrete）能階的現象，以及奈 米半導體微粒存在著不連續的最高被佔據分子軌道和最低未被佔據的分子軌道 能階，而使能帶變寬的現象。 而貴金屬奈米顆粒其最特殊的性質即為局部表面電漿共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）效應，當光在等離子體頻率(plasma frequency)下時， 金屬奈米顆粒的自由電子會因共振激發而產生集體自由電子的震盪，即為 LSPR 效 應 。 LSPR 的 衰 减 可 分 為 輻 射 型 (Radiative) 衰 减 （ 即 散 射 ） 及 非 輻 射 型 (Nonradiative)衰减（即吸收） ，如圖 1-1。第一種為輻射型衰減，是在激發頻率下， 振蕩的偶極子(oscillating Hertzian dipole)會導致輻射的發射，此時奈米粒子便扮 演著光學天線（optical antenna），便可觀測到彈性/共振瑞利散射（Rayleigh scattering）。因此，金屬表面或附近分子的拉曼散射會增強幾個數量級，形成表 面增強拉曼（surface-enhanced Raman scattering，SERS）效應。第二種為非輻射 1.
(14) 型衰減，金屬奈米材料會在内部產生電子電洞對，此時稱作熱電子-電洞(hot electrons-holes)，有著高能量，可用於金屬表面或附近分子的氧化還原化學反應。 但因為電荷載體會快速重組，所以當電子和聲子耦合時，奈米粒子的溫度會迅速 升高，這種升溫方法即可用於腫瘤治療等。目前已開發出許多的貴金屬奈米粒子 的合成方法，可以控制重要的參數，像是尺寸和形狀等，可應用於 LSPR 生物傳 感器、標記、催化和表面增強光譜學等。. 圖 1-1. LSPR 衰減的示意圖 1. 2.
(15) 1-2 貴金屬螢光增強應用 目前單分子檢測技術的兩個主要應用，為超解析奈米光學顯微鏡和單分子 DNA 序列檢測。雖然單分子的光學檢測在最近幾年有了快速的進展，但是有效 地檢測單分子仍然是很大的挑戰，因其受到了光繞射的限制，單分子的尺寸（小 於 5nm）和光波長（約 500nm）之間的不匹配導致使用繞射光學儀器時，很難在 光場和分子發射器之間有著良好的相互作用，會造成低螢光信號和高干擾的結果。 要良好的檢測單分子，就必須突破光繞射的限制，首先，光源必須遠低於光學波 長使之在奈米尺度的波長上，這可以引用光學天線的概念並透過有著特殊的 LSPR 性質的金屬奈米材料來實現。光學天線會將輻射轉換為局部能量，使得光 和量子發射器之間形成有效的相互作用，雖然金屬會提供奈米規模的局部強光場， 但會因為這種能量轉移現象使得金屬的等離子體天線(plasmonic antenna)性能受 到限制，可能會導致螢光猝滅(quench)。這種螢光猝滅關鍵取決於分子之間的距 離和金屬種類等原因，必須找到其中的平衡避免螢光猝滅，以達到增強螢光的效 應。在高濃度下檢測溶液中螢光分子有著特殊的條件，要將在距離等離子體天線 幾十奈米內分子的背景信號分離，因為檢測單分子必須在 10-6 摩爾的濃度下，但 檢測體積中的非螢光增強分子數量可能有數千個，並且它們的螢光強度可能會高 過等離子體天線增強的單分子的信號，導致無法準確的偵測單分子。 2003 年 Harold Craighead 和 Watt Webb 團隊，他們將單個奈米孔鑿在不透明 的金屬薄膜上將光限制在繞射極限以下，隨著孔徑越來越小直至光波長的一半以 下時，發現光不會再穿過孔徑而是在奈米孔徑內且在幾十奈米內就會迅速衰減， 這種現象稱為零模式波導（zero-mode waveguide, ZMW）2。這種奈米孔徑可提供 在 10-18 範圍內的檢測體積，便可應用於測量實時的單分子 DNA 測序。但是，這 種奈米孔徑螢光增強的缺點為缺乏強烈的局部光場，所以螢光增強仍然很弱(圖 3.
(16) 1-2)。基於避雷針效應，也因為 LSPR 及奈米粒子之間的耦合，具有尖銳尖端的 等離子體奈米天線有著較高的局部電磁強度，例如，金奈米棒和蝴蝶結(bowtie) 奈米天線已被證明有著超過千倍的螢光增強。. 圖 1-2. 不同方法之間螢光增強的的比較 1. 4.
(17) 1-3 金屬螢光增強(Metal-Enhanced Fluorescence, MEF) 至此已經報導了許多奈米金屬結構的螢光增強，大多證明了金屬表面的螢光 增強和距離有著密切的關係，且已知 MEF 會發生在螢光團距離金屬表面 5-90nm 時 3，此時的 MEF 效應可以使螢光增強數百倍，但當螢光團非常接近（< 5nm） 或直接與金屬表面接觸時便會猝滅，且猝滅效果會掩蓋過金屬增強效應，使得螢 光消減。先前的報導有提出了幾種螢光增強的機制，但由於金屬和螢光團有著複 雜的相互作用，精確的機制仍然存在許多爭議。 關於 MEF 的機制，在基於電動力學相互作用下，可以歸納出幾個因素造成 螢光增強。第一個因素是在金屬結構附近所產生的局部場增強效應. 4, 5. ，如圖 1-. 3(a)。此時金屬和入射光會有著強烈的相互作用，造成局部電荷密度的振蕩而形. 成一集中電場，即為 LSPR 效應，會改變局部螢光團的光學性質，在金屬表面附 近的螢光分子會因為電磁場和自由電子之間有著有效的耦合而顯示出更高的發 射強度。而形狀和大小在螢光增強中也有重要的影響，若金屬奈米結構有著尖銳 的尖端或邊緣便會增強螢光團所在的電場，代表會增強共振激發下的螢光強度 6。 第二個因素是在非輻射型相互作用下的等離子體耦合效應(Plasmon coupling)7， 圖 1-3(b)。如果等離子體和螢光團處於最佳距離(通常約 10nm)，則它們之間的能. 量轉移是螢光增強的主要原因。這可以 Förster（或螢光）共振能量轉移（Förster resonance energy transfer, FRET）來解釋，即為分子的電子轉移機制，這種機制的 關鍵參數即為金屬與螢光團距離 8。金屬和螢光團之間的非輻射能量轉移不僅取 決於電場的強度，也取決於金屬表面和螢光團之間的光譜重疊程度 5。當金屬奈 米結構或奈米顆粒的吸收光譜與螢光團的吸收重疊時，螢光團的激發和發射速率 會增加，且螢光增強有更強的效果。因此，螢光增強效應在約為 10nm 距離是金 屬與螢光團的最佳距離，但在更長 10–50nm 的距離則用 Purcell 效應來解釋 4。 5.
(18) 圖 1-3. （a）局部表面等離子體共振（LSPR）。（b）等離子體耦合效應。9. 6.
(19) 1-4 局部表面電漿共振 貴金屬奈米顆粒具有獨特的光學性質，當貴金屬顆粒的尺寸在奈米等級且小 於光的波長時，此時奈米貴金屬與塊狀貴金屬中所觀察到的物理性質特性有明顯 的不同。其中最為特殊的性質為局部表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)效應，即當入射光與金屬奈米顆粒相互作用時，入射光的電場 使得金屬奈米顆粒的表面自由電子在光頻率下集體振盪形成共振 10, 11。當光的電 場與奈米顆粒的自由電子相互作用時，會導致自由電子和金屬核的離子電荷分離， 此時自由電子中的庫侖排斥會反過來作為回復力，並且推動自由電子移動至相反 的方向，形成電子的集體振盪，這導致了 LSPR 的激發。LSPR 的出現也導致了 強烈的光吸收，不同尺寸、形狀和材料的金屬奈米顆粒會顯示出不同的吸收性質， 因此可以顯示出不同的顏色。如圖 1-4。. 圖 1-4. 不同長寬比金奈米棒的光學性質。（A）不同尺寸的 TEM，（B）不同顏. 色（C）不同的 SPR 波長。12 圖 1-5（B）顯示出了金球形奈米顆粒的一個 LSPR 激發。在其吸收光譜中只 7.
(20) 能觀察到一個吸收峰。但相對於金奈米棒，如圖 1-5（C）和（D）所示，可以觀 察到兩個明顯的吸收峰，一個是縱向電漿峰帶（longitudinal plasmon band, LPB） ， 為金奈米棒長軸之電子振盪，另一個為橫向電漿峰帶（transverse plasmon band, TPB），為金奈米棒短軸之電子振盪。先前的研究已知金奈米棒的 TPB (即短軸) 對大小和周圍的折射率的變化不敏感，但 LPB (即長軸)會隨著金奈米棒長寬比的 增加而紅移，且對折射率的變化是非常敏感的 13, 14。因此，LSPR 的性質高度依 賴金屬奈米顆粒的尺寸、形狀、介電性質，以及局部周圍的介質等，因為這些因 素會影響粒子表面上的電子電荷密度 13, 15-17。LSPR 對環境的折射率變化也非常 敏感，在許多傳感器應用中，金屬奈米顆粒的吸收光譜波長或吸收變化常被用作 LSPR 的指標 18, 19。. 圖 1-5 （A）金球形奈米顆粒的 LSPR 示意圖（B）金球形奈米顆粒的 LSPR 吸 收圖譜（C）金奈米棒的 LSPR 吸收帶的示意圖：LPB（C 上圖）和 LPB（C 下 圖）的電子振盪（D）金奈米棒的 LSPR 吸收圖譜 20。 8.
(21) 第二章 文獻回顧與研究動機 2-1 金/銀奈米材料之合成. 2-1-1 金奈米棒 本實驗使用了金奈米棒(AuNR)作為最開始之起始物，由於金奈米棒在奈米 材料的電子和光學性質中有著重要的應用，所以具有明確尺寸和形狀的金奈米棒 的合成引起了很多關注。至此已開發了許多方法合成具有不同長寬比的金奈米棒， 而種子成長法(seed-mediated growth method)是目前最為盛行的方法。在 2001 年， 引入了一種合成方法，即最初的種子成長法。將預先合成之小的金奈米顆粒種子 添加到含有 Au（I）和 CTAB 的生長溶液中，這種種子生長方法已成為後續合成 研究的參考 21-23。最早種子生長的配方為，將已用檸檬酸鹽穩定之 3.5nm 大的金 奈米粒子(AuNP)加入含有 HAuCl4、CTAB 和 Asorbic acid 的成長液中，合成出來 的 AuNRs 長寬比約為 10-25，而大小約為 1800×25nm。這種方法可以透過改變生 長步驟或添加各種表面活性劑來調整金奈米棒的長寬比，而此方法所製備出的金 奈米棒為 penta-twinned 結構(圖 2-1)21-25。但這樣合成出來的金奈米棒產率非常低 （約 5％）。所以在 2003 年至 2004 年時，開發了一種新的種子生長法，即利用 CTAB 而不是檸檬酸鹽來穩定較小的 AuNP 種子（1.5nm） ，並加入少量硝酸銀 2428. 。這種硝酸銀輔助晶種生長方法合成出了較低長寬比（2-5）的 AuNR（尺寸約. 60×12nm），且產率高達 95％。這種方法可以透過改變硝酸銀的量，精確地控制 AuNR 的長寬比。這種方法合成出來的 AuNR 結構與早期種子生長的 AuNR 不 同，此方法合成出的 AuNR 結構為單晶，並且顯示出不同的結構 29-32(圖 2-1)。在 2005 年，Jana 使用硝酸銀輔助種子生長方法，但是添加少量的強還原劑硼氫化 9.
(22) 鈉原位生成種子。這種“無種子”方法有著 2-5 的長寬比。但在這種方法下，控 制長寬比的是硼氫化鈉濃度而不是硝酸銀的濃度。且此方法所產生的 AuNR 結 構和使用 1.5nmAuNP 的晶體結構是相同的 33。. 圖 2-1. 合成金奈米棒的三種主要合成種子方法. 10.
(23) 2-1-2 金 奈米 棒再生 長 銀 的金 /銀 -核/殼 奈 米長 方體 結構 (Au@Ag. nanocuboids) 接著將金奈米棒做進一步再生長。由於貴金屬奈米晶（NCs）的結構對光學 和催化性能有很大影響，因此形狀控制是近年來熱門的研究課題，尤其是金和銀， 因為它們有 LSPR 和表面電漿共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)的相關應用。 Au@Ag 核殼奈米晶體由於其獨特的光學和催化特性，近年來引起了極大的關注。 在眾多的雙金屬奈米晶體中，因為 AuNRs 再生長的奈米晶體有著優異的分散性 和可調的等離子體共振而受到高度關注。可透過 AuNRs 作為種子將銀過度生長 在表面而獲得各種不同的 Au@Ag 奈米結構，像是奈米棒，長方體，啞鈴和其他 等等(圖 2-2)，。. 圖 2-2. 由金奈米棒再生長的核-殼奈米結構之掃描式（SEM）/穿透式電子顯微. 鏡（TEM）圖像。(a)Au nanorods (b-f)Au@Pd nanocrystals (g-j)Au@Ag nanocuboids 11.
(24) (k-l)Au@Au nanocrystals34 Au@Ag nanocuboids 這種結構，即是在金奈米棒表面沉積厚的長方體銀殼， 可以觀察到由複雜的電荷分佈引起的短波模式的激發，這些特徵峰是銀殼的立方 體等離子體與核/殼界面處的金核相互作用而產生(圖 2-3)。在 AuNRs 上使銀過度 生長可以顯著增加表面拉曼散射（SERS）共振，這種現象可應用於細胞成像中 的各種生物醫學應用，像是免疫測定和傳感器等等。除膠體形式外，自組裝奈米 粒子薄膜也是簡單且較低成本的 SERS 基底，而自組裝使得拉曼增強的主要原因 即為金屬奈米粒子之間的間隙。. 圖 2-3. Au@Ag nanocuboids (A) TEM 圖譜(B) UV-Vis 圖譜 35. 在自組裝的情況下，奈米顆粒之間的間隙中之電場增強在總拉曼信號增強中 起主要作用。為了證明靠近奈米顆粒的電磁場增強，模擬了其頭對頭、側面對頭 即側面對側面的模擬電場圖(圖 2-4)。. 12.
(25) 圖 2-4. 785nm 的 Au@Ag nanocboids 模擬電場圖（a，b，c）分別為，頭對頭、. 側面對頭即側面對側面。入射光由白色箭頭表示 36。. 13.
(26) 2-1-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 最 後， 在室溫下用 HAuCl4 以 Galvanic Replacement 方式法 將 Au@Ag nanocuboids 置換成金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構。在這種方法下，不會觀察到 奈米結構被破裂，而是將其生長成不同的形態。加入不同 HAuCl4 前後的紫外-可 見-近紅外消光光譜(圖 2-5)，隨置換反應的進行，短波長消失，而長波長的 LSPR 峰帶隨著加入 HAuCl4 的量增加而發生紅移和強度下降的現象，但再增加 HAuCl4 的量時 （圖 2-5 的 5-8） ，峰帶又會漸漸藍移且強度增加。用少量的 HAuCl（0.05mL ， 4 0.5mM）開始置換反應時（圖 2-5C） ，由於銀原子剛開始氧化，使得顆粒表面看 起來粗糙，再繼續加入 HAuCl4，金會慢慢沉積在銀立方體表面上，同時觀察到 空隙，當添加更多的 HAuCl4 時（圖 2-5D-E） ，可看到 XEDS 圖清楚地顯示了金 在表面上有著更多的沉積，漸漸形成的金含量較多的金殼包覆在金棒外，即為金 棒-金銀合金奈米搖鈴型結構。. 14.
(27) 圖 2-5. (A)在加入 HAuCl4 之前（1）和之後（2-8）的 UV-可見-近紅外消光光譜。. (B-E)在加入 0.5mM HAuCl 4 進行置換之前（B）和之後（C-E）的 TEM 圖像、 HAADF-STEM 圖像（i）和 XEDS 圖（ii） （綠色:Ag，紅色:Au） 。TEM 圖和 HAADFSTEM 的比例尺分別為 100 和 40nm37。. 15.
(28) 2-2 Ag nanocubes on a metal film (NOM)結構 NOM 結構，是近期發展出的一種接近完美電磁吸收的材料，由沉積在金薄 膜上的膠體銀奈米立方體組成，而在奈米立方體和金薄膜表面還會隔著一層介電 層(圖 2-7a)。該結構會在奈米立方體和金薄膜表面間的間隙中產生強烈的光限制 區域。透過控制這兩個材料之間的介電間距可以調節可見光範圍內的吸光程度， 但是此方法受到奈米晶體的尺寸或形狀的限制。. 圖 2-6. （a）在空氣-水界面處的銀奈米立方體陣列的沉積過程的圖像。（b）沉. 積在金薄膜後緊密堆積的銀奈米立方體，因為銀表面上含有聚合物所以有著 3nm 的間隙。比例尺=1.0μm。38 而 NOM 結構能有可調光學性質的原因是因為個別的奈米顆粒之間有著相 互作用而形成電磁耦合共振，第一種電磁耦合共振為當金屬奈米顆粒彼此靠近的 排列時，粒子與粒子之間成有耦合現象，這裡稱為 in-plane coupling，期望能夠透 過調整其原子間距改變其 in-plane coupling 達到調節可見光範圍內不同吸光程度 的效果。第二種電磁耦合共振為可以透過改變金薄膜與銀立方體間的介電間距來 影響金薄膜與銀立方體的耦合，這裡稱作 out-of-plane coupling。這裡的膠體銀奈 米立方體所組成的 NOM 陣列，其銀奈米顆粒間距在 2-300nm 範圍內。在此 NOM 結構的情況下，相鄰奈米立方體之間的 in-plane coupling 可使其反射率和吸收程 度可調程度長達將近 3μm(圖 2-7b)。 16.
(29) 圖 2-7. （a）NOM 結構的示意圖。其參數包括顆粒間距離（d），奈米立方體長. 度（e） ，金膜的厚度（τ）和介電層高度（h）。 （b）模擬長度為 92nm 的銀奈米 立方體的 NOM 陣列的反射光譜 38，d=4-300nm。. 17.
(30) 2-3 Langmuir-Blodgett (LB) Langmuir-Blodgett（LB）技術是利用控制層狀結構及晶體參數將分子組裝 成一超薄薄膜的方法，其具有許多光學、分子電子器件以及信號處理和轉換等等 的應用。在分子規模下，目前 LB 技術是操縱分子材料的最佳方法，可以控制分 子結構，使之成為高度有序的單/多層的結構，實現了能在分子水平上研究物理 現象的技術。通常 LB 的材料須要兼容兩個不同區域的兩親分子，分別是親水性 基團和疏水性基團，如圖 2-8a 所示。它們必須溶於有機非極性但不與水混溶的 溶劑中，因為與水不混溶所以兩親分子會在空氣-水界面處形成漂浮的單層薄膜。 像是長鏈脂肪酸、脂質分子等便是 LB 兩親材料的範例。. 圖 2-8. Langmuir-Blodgett 技術 39. 18.
(31) LB 技術主要分成兩個步驟:第一步，在空氣-水界面上製備漂浮的單層膜 （Langmuir 膜）。第二步，將 Langmuir 膜沉積在固體基板上。 第一步，先將材料溶於具揮發性且與水不溶之溶劑(例如氯仿、甲苯等)中，再使 用微型注射器將少量溶液滴在 LB 槽的空氣-水界面上。必須非常靠近水面來進 行擴散，使溶液和分子保持在空氣-水界面上，避免沉入水中。接著溶劑揮發後， 可以看到其約一個分子厚的材料會保留在界面處，此時分子的頭部浸入水中，尾 部位於上方，如圖 2-8a。盡可能降低材料的濃度，使裡面的分子保持遠離，在此 情況下，分子之間的相互作用會非常低，並且因為分子間距離較大，此時的浮動 單層薄膜被視為是二維氣體（圖 2-8b、c） 。接著會透過表面張力數值來觀測此浮 動單層薄膜的表面行為是否穩定，因為分子在空氣-水界面處時，其對於表面張 力會有很大程度的影響。最初，分子的擴散對表面張力的影響相對較低，但當控 制欄柵(controlled barrier)緩慢壓縮時，薄膜的可用表面積減小，相鄰分子之間的 間距減小，使得表面張力逐漸上升。分子的自組裝會發生在單層薄膜壓縮的過程 中，最終會在空氣-水界面形成緊密且有序的二維薄膜，且成為固態薄膜（圖 28b） 。透過測量表面壓力與薄膜的面積（Π-A）來觀測壓縮期間單層膜的相變化。 在自組裝過程中，單層薄膜所經歷的幾個相變非常類似於三維的氣態、液態和固 態過程（圖 2-8c）。而典型的Π-A 曲線的示意圖如圖 2-8c 所示。 第二步，將漂浮在空氣-水界面的 Langmuir 單層膜轉移到固態基板上。其常用的 基板有，玻璃、石英、鋁，錫及其氧化物、矽晶片、砷化鎵晶圓、黃金白銀等。 在轉移期間，表面壓力會保持在所需的壓力值。根據基材的性質，無論親水性還 是疏水性，通常 Langmuir 膜在透過界面膜上升或下降時都會轉移到基板上。. 19.
(32) 2-4 研究目的 在奈米技術快速的發展下，金、銀、銅等金屬元素，已知可被用來作為螢光 增強的奈米結構。像是 Au@Ag nanocuboids 及 Au nanorattles 已被證明有良好的 電場增強，金奈米粒子及金奈米棒也顯現了具有 LSPR 的現象，且螢光物質與等 離子體的相互作用與金屬奈米結構有相當的關係，所以期望不同的金/銀奈米結 構能有不同程度倍率的螢光。 而先前的研究顯示出 NOM 結構能夠有良好可調的光性質，於是我們嘗試了 先前已純熟的無電電鍍法將金選擇性長在基材上形成金奈米島狀薄膜當 NOM 結 構的第一層，再用 16-Mercaptohexadecanoic acid(16-MHA)作第二層介電層，再沉 積上不同形狀之金/銀奈米顆粒，也期望能有良好的螢光倍率。. 20.
(33) 第三章 實驗儀器與步驟 3-1 實驗藥品 藥品名. 廠牌. Hexadecyltrimethylammoniumbromide, CTAB. Alfa Aesar. Tetrachlorocuric acid, HAuCl4. ACROS. Sodium borohydride, NaBH4. ACROS. Sodium oleate, NaOL. TCI. Silver nitrare, AgNO3. ACROS. Hydrochloric acid, HCl. MERCK. L-Ascorbic acid, AA. Fisher. N,N-Dimethylformamide, DMF. Fisher. Sodium hydroxide, NaOH. Fisher. Polyvinylpyrrolidon, PVP. SIGMA. N,N-Dicyclohexylcarbodiimide, DCC. Alfa Aesar. N-Hydroxysuccinimide, NHS. SIGMA. N,N-Diisopropylethylamine, DIPEA. Acros. Biotin. SIGMA. 16-Mercaptohexadecanoic acid, 16-MHA. SIGMA. 21.
(34) 11-Mercapto-1-undecanol, 11-MUD. SIGMA. Succinic anhydride, 99%. Alfa Aesar. IRDye 800CW Streptavidin. LI-COR. 8arm PEG Amine(tripentaerythritol), HCl Salt, MW10000. Jenkem Technology. Ethanol. Fisher. Polysine slide. Thermo. Phosphate buffered saline, PBS. Biomate. Cetyltrimethylammonium chloride, CTAC. Fisher. Hydroxylamine hydrochloride, H3NO·HCl. Fisher. 22.
(35) 3-2 實驗器材及儀器介紹. 3-2-1 往復式振盪恆溫水槽(B601D) 提供 1.2KW 的加熱功率，溫度範圍為 RT+5°C~100°C。往復速率為 20~200rpm。. 圖 3-1. 往復式振盪恆溫水槽. 3-2-2 恆溫循環水槽(FIRSTEK B401H) 恆溫水槽結構為金屬長方形，採用冷軋鋼板精心製作外殼，不銹鋼內膽，數 顯溫控儀，電源，水泵均裝在控制盒內，恆溫槽有一個核心的部件-微機智能控制 系統，用來控制溫度的變化，最終達到一個恆溫的作用。. 圖 3-2. 恆溫循環水槽 23.
(36) 3-2-3 玻片迷你微量離心機 此玻片離心機最高轉速/離心力：4800rpm／1750xg，可快速離心乾燥兩片玻 片。. 圖 3-3. 玻片迷你微量離心機. 3-2-4 24 孔盤(ProPlate® Multi-Well Chambers) 可容納玻片大小為 79mm×25.4mm，每隔大小為 6.8mm x 5.4mm x 7.6mm(深 度)，可容納液體體積為 250μL~300μL。因每片有 24 格，所以在相同一片條件下 可測試多種螢光染劑濃度。. 圖 3-4. 24 孔盤 24.
(37) 3-2-5 迴轉式震盪器(OS-701) 此儀器轉速範圍為 10-250rpm，可均勻搖晃混合溶液。. 圖 3-5. 迴轉式震盪器. 3-2-6 紫外光-可見光吸收光譜儀(UV-Visible spectrophotometer) 實驗使用之型號為 Hewlett-Packard Agilent 8453 紫外光-可見光吸收光譜儀， 燈源為氘燈及汞燈，測量吸收波長範圍為 190~1100nm，用於測量金屬奈米之吸 收。. 圖 3-6. 紫外光-可見光吸收光譜儀 25.
(38) 3-2-7 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM) 實驗使用之型號為 Hitachi S4800 掃描電子顯微鏡，電子束激發原子發射的 二次電子（secondary electron） ，可以檢測二次電子的數量。通過掃描樣品並使用 特殊檢測器收集被發射的二次電子，創建了顯示表面的形貌的圖像。它還可能產 生樣品表面的高解析度圖像，且圖像呈三維，鑑定樣品的表面結構。. 圖 3-7. 掃描式電子顯微鏡. 3-2-8 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM) 實驗使用之型號為 Hitachi H-7100 穿透式電子顯微鏡，將經加速和聚集的電 子束投射到樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。 散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將 在放大、聚焦後在 CCD 上顯示出來。. 26.
(39) 圖 3-8. 穿透式電子顯微鏡. 3-2-9 離心機(Centrifuge). 實驗使用之型號為 HERMLE Z326K 離心機，其最高轉速為 18000rpm，可 透過高速轉動，加快液體入面顆粒沉降，從而將物質分離。. 圖 3-9. 離心機. 3-2-10 微陣列螢光掃描儀(Microarray Fluorescence Scanning Device) 主要掃描固態螢光物質，含有兩中不同的雷射波長，分別為 647nm 及 785nm。 用於特定大小之玻片，可於玻片上點入不同濃度或不同之螢光物質，用此儀器來 測量微陣列之螢光。. 27.
(40) 圖 3-10. 微陣列螢光掃描儀. 3-2-11 分子膜製備機(Langmuir-Blodgett Film) 實驗所使用之型號為，LB 膜可包含一個或多個有機材料單層，通過將固體 基質浸入到液體中而從液體表面沉積到固體上。在每次浸入步驟中均勻地吸附單 層，因此可以形成具有非常精確厚度的膜。. 圖 3-11. 分子膜製備機. 28.
(41) 3-2-12 紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀(UV-vis-NIR) 此廠牌為 Aglient，型號為 Cary5000，可量測液態樣品、固態樣品(粉末、片 狀或薄膜)，波長範圍為 200 - 3300 nm。可測反射及穿透光譜。. 圖 3-12. 紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀. 29.
(42) 3-3 實驗步驟. 3-3-1 金奈米棒之合成 1. Seed Solution ① 0.3645 g CTAB 溶於 9.9 mL 去離子水中，之後加入 0.1 mL HAuCl4 (25 mM)。 ② 將 0.6 mL NaBH4 (0.01 M) 稀釋至 1 mL 後加入 Au(Ⅲ)-CTAB 溶液中，劇 烈攪拌 2 分鐘即停止攪拌。將溶液恆溫 30°C 靜置成長 2 小時，溶液顏色 會從黃色變為褐色。 2. Growth Solution ① 將 CTAB 與 NaOL (8mM) 溶於去離子水中，並恆溫 30°C。 ② 加入 AgNO3 (4 mM) 混合均勻後靜置 15 分鐘。 ③ 加入 HAuCl4 (25 mM) 攪拌 90 分鐘，待溶液顏色從深黃色變至無色。 ④ 加入 HCl (12M) 調整 PH 値，混合 15 分鐘。 ⑤ 加入 AA (64mM)、seed solution 劇烈攪拌，靜置 17 小時使金奈米棒緩慢 成長。 3. 將金奈米棒以 6000 rpm 10 分鐘離心數次，回溶於 CTAB (2mM)。. 3-3-2 金奈米棒之再生長銀 1. 將 80 mL CTAC (0.1 M)、1.5 mL H2O、2 mL AuNRs、12 mL AgNO3 (0.01 M) 快速混合 1 分鐘。 30.
(43) 2. 再加入含有 24 mL AA (0.1 M)、0.5 mL NaOH (0.5 M)、80 mL CTAC (0.1 M) 之混合液，快速攪拌 10 秒後放置於 60 °C 水浴中反應 110 分鐘。 3. 反應完成後放入冰浴降溫，之後以 6000 rpm 10 分鐘離心數次後保存於 40 mL CTAC (10 mM)中。. 3-3-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之合成 1. 將 40 mL H2O 與 8 mL HAuCl4 (1 mM)充分混合。 2. 將已合成好保存於 40 mL CTAC (10 mM)的金/銀-核/殼奈米粒子，以 6000 rpm 10 分鐘離心，回溶於 2 mL CTAB (2 mM) 。. 3. 將金/銀-核/殼奈米粒子一次加入先前配置好的四氯金酸溶液反應 120 分鐘 之後以 6000 rpm 10 分鐘離心數次後保存於 40 mL CTAC (10 mM)中。. 3-3-4 奈米金屬之轉相. 1. 將 60. 𝑚𝑔 ⁄𝑚𝐿 PVP (H2O)慢慢滴入各種合成好之奈米粒子，以 600 rpm 反. 應 2 小時。 2. 以 6000 rpm 10 分鐘離心清洗後回溶於 H2O 中。 3. 將 CTAC (10 mM)、60. 𝑚𝑔 𝑚𝑔 ⁄𝑚𝐿 PVP (H2O) 、60 ⁄𝑚𝐿. PVP (DMF)慢慢. 滴入以 600 rpm 反應 18 小時。 4. 以 6000 rpm 10 分鐘離心，清洗後回溶於 5 用。. 31. 𝑚𝑔 ⁄𝑚𝐿 PVP (DMF)中待排膜備.
(44) 3-3-5 製備金奈米島狀薄膜 1. 清洗玻璃片並將玻璃表面修飾成羧酸 ① 將玻璃片(polysine slides)分別用丙酮、甲醇、去離子水震盪清洗五分 鐘，轉乾備用。 ② 將 succinic anhydride (4.5 mmol) 、DIPEA (3.5 mmol)、 DMF 溶液倒 入含有清洗好玻璃片的培養皿反應 18 小時後，轉乾備用。 2. 將金 seeds 沉積在玻璃片上 ① 將 32.25 mL 去離子水、0.75 mL NH4OH、4.5 mL HAuCl4 (25mM) 倒 入反應槽中以 40 rpm，恆溫 10°C，反應 20 分鐘。 ② 反應完畢以去離子水清洗，放入含有 50 mL 去離子水反應槽中。 ③ 將 10 mL NaBH4 (10mM) 稀釋成 50 mL，倒入反應槽中反應 5 分鐘， 此時玻片顏色呈現淡紫色。 3. 將金成長於含有金奈米粒子之玻璃片: ① 將金的晶種之玻璃片置於裝有 50 mL 去離子水反應槽中。 ② 將 93 mL 去離子水、2 mL HAuCl4 (25mM)、5 mL H3NO·HCl 混合均 勻後倒入反應槽中，40 rpm，恆溫 30°C 反應 7.5 分鐘。 ③ 反應完成後以去離子水沖洗，轉乾備用。 4. 將製備好的金奈米島狀薄膜玻片泡 16-MHA 硫醇 16 小時，轉乾收起待用。. 3-3-6 金屬單層薄膜之製備 1. 將金屬奈米粒子以 6000 rpm 10 分鐘離心，清洗後回溶於 32.
(45) EtOH ⁄ CHCl3 = 2.5 ⁄ 1 之混合溶液中。 2. 將樣品滴加到清潔乾淨之 Langmiur — Blodgett 槽的水面上。待溶劑揮發完 畢之後，以 0.2 mm⁄min 速率壓縮，待達到所需壓力值後再以 0.2 mm⁄min 速 率拉起薄膜。. 3-3-7 金屬薄膜之螢光測試 1. 將以 Langmiur — Blodgett 置備好之薄膜沉積於金島狀金屬薄膜或 Succinic 玻璃片上。. 2. 將上述置備好之玻璃片泡 16-MHA 硫醇 16 小時，轉乾收起待用。 3. 將接上硫醇之玻璃片泡入含有 DCC、NHS、DMF 溶液 20 分鐘，再加入 8arm-PEG、DMF 反應 2 小時，轉乾收起待用。. 4. 將上述之玻璃片加入含有 DCC、NHS、DMF、Biotin 溶液反應 16 小時轉 乾收起待用。. 5. 將薄膜玻片泡 PBS 緩衝溶液 1 小時，以去離子沖洗，轉乾。 6. 點入不同濃度之 Streptavidin-IR800/ Streptavidin-CY5 反應 1 小時，以 PBST 沖洗，轉乾收起待測螢光。. 33.
(46) 第四章 結果與討論 4-1 金屬奈米顆粒之鑑定. 4-1-1 金奈米棒 金奈米棒是使用雙介面活性系統所合成之。這裡所使用合成出來之金奈米棒其 吸收峰在 803 nm，長度為 85.2±5.4 nm，寬度為 22.6±1.9 nm，如圖 4-1。. 圖 4-1. 金奈米棒之 (A)TEM (B)吸收光譜. 4-1-2 金/銀-核/殼奈米長方體結構 將原先純化生長好的金奈米棒外再生長銀形成一金/銀-核/殼奈米長方體結 構，其長度為 121.7±9.0 nm，寬度為 81.5±19.5 nm，如圖 4-2，實驗中加入之不同 AgNO3 量可以改變生長在金奈米棒外圍銀殼的厚度，AA 作為還原銀之還原劑， NaOH 做為調整 PH 值之溶液，在 60°C 的環境下使銀沉積在金奈米棒外圍，進 行 110 分鐘的反應。 34.
(47) 圖 4-2. 金/銀-核/殼奈米長方體之 (A)TEM (B)吸收光譜. 4-1-3 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構是將金/銀-核/殼奈米長方體結構以 Au(Ⅲ)CTAC 溶液進行 Galvanic Replacement 反應，將包圍在金棒外的銀殼置換成金銀 合金殼，此時溶液會呈現暗藍色。其長度為 111.4±7.6 nm，寬度為 74.5±6.6 nm， 如圖 4-3。. 圖 4-3. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之 (A)TEM (B)吸收圖譜 35.
(48) 4-2 金屬奈米顆粒之轉相 對金/銀奈米顆粒進行表面修飾，進而轉相至非極性溶劑中並且依舊保持其 金/銀奈米顆粒之分散性，已完成之後作為 Langmuir–Blodgett 之材料。但在溶劑 轉換之過程時，會因為溶劑極性改變太大而使金/銀奈米顆粒產生聚集，此時需 搭配分散劑(本實驗使用 PVP)可以有效地防止在交換 ligand 時金/銀奈米顆粒之 聚集。 本實驗中因樣品保存在 CTAB/CTAC 中，即便在含有高濃度的(60 mg/mL) PVP 酒精及 DMF 溶液中，還是會有聚集的結果，如圖 4-4。所以轉相的第一步 必須讓樣品在 PVP(H2O)中反應，使 PVP 充分的包覆在樣品上，才能繼續轉換溶 劑。 1.0. Absorbance (AU). 0.8. Au@Ag PVP(H2O) PVP(EtOH) PVP(DMF). 0.6. 0.4. 0.2. 0.0. 400. 600. 800. 1000. Wavelength (nm). 圖 4-4. 金/銀-核/殼奈米長方體結構之不同溶劑轉相吸收光譜. 金/銀奈米材料最常見的合成路線是在水溶液中，而最終的金/銀奈米材料在 其表面有著雙層的表面活性劑 (CTAB/CTAC) 使之分良好分散在水溶液中。 CTAB/CTAC 雙層結構提供表面電荷，防止顆粒在水中聚集。但是，CTAB/CTAC 36.
(49) 分子傾向於在有機溶劑中解吸(desorb)，會導致奈米顆粒聚集. 40. 。純化完成之金. 奈米棒被 CTAB/CTAC 包圍，為了使轉相的金奈米棒能良好分散，此時加入高濃 度 PVP 水溶液，使金奈米棒外形成一 PVP 保護膜，在置換溶劑時便不易使之聚 集。其 TEM 如圖 4-5，可看到其結構並無太大的差別，且無聚集現象。及其吸收 光譜如圖 4-6，可看到轉相前後吸收波長並無太大改變，而有稍微紅移現象是因 為其溶劑轉換成 DMF 其折射率不同而導致。. 圖 4-5. 不同金/銀奈米材料，金奈米棒(A)轉相前(B)PVP(H2O)(C)PVP(DMF)，金. /銀-核/殼奈米長方體結構(D)轉相前(E)PVP(H2O)(F)PVP(DMF)，金棒-金銀合金奈 米搖鈴型結構(G)轉相前(H)PVP(H2O)(I)PVP(DMF)，之 TEM 圖. 37.
(50) 圖 4-6. 不同金/銀奈米材料，(A)金奈米棒(B) 金/銀-核/殼奈米長方體結構(C)金. 棒-金銀合金奈米搖鈴型結構，之轉相吸收圖譜. 38.
(51) 4-3 金屬奈米顆粒之 Langmuir–Blodgett. 4-3-1 不同奈米結構之 Langmuir–Blodgett 當壓力達 23 mN/m 時，即到達金/銀-核/殼奈米長方體結構之最緊密程度，如 圖 4-7，此時用 0.2 mm/min 的速率緩慢拉起使之沉積於置備好的玻璃基板上。本 實驗使用了兩種不同的基板，一種為經由 Succinic anhydride 羧酸化(-COOH)的 Polysine 玻璃片，另外一種為將羧酸化(-COOH)後的 Polysine 玻璃片上再沉積上 一層金奈米島狀的基板，如圖 4-8。其液態及固態 UV 如圖 4-9。. 圖 4-7. 金/銀-核/殼奈米長方體結構之(A)LB 壓力-面積圖(B)SEM 圖. 39.
(52) 圖 4-8. 金/銀-核/殼奈米長方體結構(A)Langmuir–Blodgett 圖(B)沉積在，左為羧. 酸化的 Polysine 玻璃基板右為金奈米島狀薄膜的玻璃基板。. 1.4. Absorbance (AU). 1.2. AuNRs Au@Ag Film. 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0. 400. 600. 800. 1000. Wavelength (nm). 圖 4-9. 金/銀-核/殼奈米長方體結構在液態及固態的吸收光譜. 當壓力達 13.5 mN/m 時，即到達金奈米棒結構之最緊密程度，如圖 4-10。根 據模擬圖顯示，薄膜狀的金奈米線可以激發等離子間隙模式(plasmonic gap mode)， 但要形成激發需要有很嚴苛的條件 41，像是躺著的金奈米線必須要有週期性的排 列和入射光極化磁場必須是橫向磁場(transverse-magnetic polarized)的。這些條件 在本實驗的金奈米棒都無法被滿足，所以無法有低的反射率。. 40.
(53) 圖 4-10. 圖 4-11. 金奈米棒之(A)LB 壓力對面積圖(B)SEM 圖. 金奈米棒之(A)反射(B)穿透(C)吸收光譜. 當壓力達 12.5 mN/m 時，即到達金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之最緊密程 度，如圖 4-12。由圖 4-13(A)反射光譜看到金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構陣列及 41.
(54) NOM 結構之光譜無太大差別，代表金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構與下面的金屬 島狀並無 out-of-plane coupling。. 圖 4-12. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之(A)LB 壓力對面積圖(B)SEM 圖. 圖 4-13. 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構之(A)反射(B)穿透(C)吸收光譜 42.
(55) 4-3-2 不同壓力金/銀-核/殼結構之 Langmuir–Blodgett 這裡比較了 4 種不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構，壓力即所其材料 所佔密度分別為 5 mN/m (65.34%)、8 mN/m (75.93%)、14 mN/m (76.58%)、17 mN/m (79.87%)。從反射光譜可以看到，原始的金屬陣列與 NOM 結構比起來， 在長波旁的地方原始的金屬陣列比 NOM 結構的反射率較大。但沒辦法像之前論 文寫到如此完美吸收的原因可能是因為:下方舖的金屬為島狀，形狀不均勻且空 隙較多，使得當排好的單層金屬要沉積在上方時，無法良好規則排上，且長方體 形狀無法像立方體一樣排列整齊。. 圖 4-14. 5 mN/m、8 mN/m 壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構之(A)(D)反射(B)(E) 43.
(56) 穿透(C)(F)吸收光譜. 圖 4-15. 14 mN/m、17 mN/m 壓力的金/銀-核/殼結構之(A)(D)反射(B)(E)穿透(C)(F). 吸收光譜. 44.
(57) 圖 4-16. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構之 SEM 圖(A)5 mN/m (B)8 mN/m. (C)14 mN/m (D)17 mN/m。 由圖 4-17 的 SEM 可以看到其雙層之結構，最下方為金島狀薄膜，上方為各 種不同壓力之 Cuboids 陣列薄膜。. 圖 4-17. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體 NOM 結構之 SEM 圖(A)5 mN/m (B)8. mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m。 45.
(58) 4-4 金屬奈米顆粒之螢光測試. 4-4-1 不同奈米結構螢光測試 在本實驗比較了三種不同的金屬薄膜材料，分別為金奈米棒、金/銀-核/殼奈 米長方體結構及金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構薄膜。這裡使用了兩種不同的螢 光染劑，分別為 Cy5 及 IR800。Cy5 的最大吸收波長為 649 nm，最大發射波長為 670 nm。IR800 的最大吸收波長為 786 nm，最大發射波長為 800 nm。在圖 4-19、 圖 4-21，兩種不同染劑的螢光倍率圖可以看到，在不同形狀材料下，無論是 Cy5 或是 IR800 其金/銀-核/殼奈米長方體結構的螢光倍率都是最高的，Cy5 最高倍率 可達 140.11±20.70 倍，而 IR800 最高倍率可達 136.24±33.41 倍。也可以看到金奈 米棒在 IR800 下是不發光的。. 46.
(59) 圖 4-18 不同形狀薄膜在 Cy5 之螢光強度圖片(A) 金/銀-核/殼奈米長方體結構 (B) 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)金奈米棒. Cy5 180 160 140. FOLD. 120 100. CUBOID. 80. RATTLE. 60. ROD. 40 20 0 0.1. 0.05. 0.025. 0.0125. Cy5 Concentration(μg/mL). 圖 4-19. 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米. 棒、金島狀在不同濃度 Cy5 的螢光比較. 表 4-1. 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米棒. 在不同濃度 Cy5 的螢光倍率數值 47.
(60) 圖 4-20. 不同形狀薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A) 金/銀-核/殼奈米長方體結構. (B) 金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)金奈米棒. IR800 180. 160 140. FOLD. 120 100. CUBOID. 80. RATTLE. 60. ROD. 40. 20 0 0.1. 0.05. 0.025. 0.0125. IR800 Concentration(μg/mL). 圖 4-21 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米棒、 金島狀在不同濃度 IR800 的螢光比較. 表 4-2. 金/銀-核/殼奈米長方體結構、金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構、金奈米棒. 在不同濃度 IR800 的螢光倍率數值 48.
(61) 接著比較各種不同奈米形狀的薄膜沉積在金島狀金片上的螢光值，一樣在各 種形狀最為緊密的狀態下，無論是 Cy5 或是 IR800 其 NOM-金/銀-核/殼奈米長方 體結構的螢光倍率皆為最高，如圖 4-23、圖 4-25。Cy5 最高倍率可達 112.94±12.57 倍，而 IR800 最高倍率可達 109.10±17.37 倍。但和一般沉積在玻璃片上的薄膜比 較，可以發現 NOM 結構的螢光增強倍率下降許多，原因是因為，NOM 下方的 島狀結構將原始薄膜之間隙填補太滿，導致螢光被 quench。. 49.
(62) 圖 4-22. 不同形狀薄膜在 Cy5 之螢光強度圖片(A)NOM-金/銀-核/殼奈米長方體. 結構 (B)NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)NOM-金奈米棒. Cy5 140 120. FOLD. 100 80 NOM-CUBOID 60. NOM-RATTLE NOM-ROD. 40 20 0 0.1. 0.05. 0.025. 0.0125. Cy5 Concentration(μg/mL). 圖 4-23 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結 構、NOM-金奈米棒在不同濃度 Cy5 的螢光比較. 表 4-3. NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結. 構、NOM-金奈米棒在不同濃度 Cy5 的螢光倍率數值 50.
(63) 圖 4-24. 不同形狀薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A)NOM-金/銀-核/殼奈米長方. 體結構 (B)NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結構 (C)NOM-金奈米棒. IR800 140 120. FOLD. 100 80 NOM-CUBOID 60. NOM-RATTLE NOM-ROD. 40 20 0 0.1. 0.05. 0.025. 0.0125. IR800 Concentration(μg/mL). 圖 4-25. NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結. 構、NOM-金奈米棒在不同濃度 IR800 的螢光比較. 表 4-4. NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構、NOM-金棒-金銀合金奈米搖鈴型結. 構、NOM-金奈米棒在不同濃度 IR800 的螢光倍率數值 51.
(64) 4-4-2 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構之螢光測試 在本實驗比較了四種不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜材料，壓力 分別為 5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m 和 17 mN/m。這裡亦使用了兩種不同的螢光 染劑，為 Cy5 及 IR800。使用 Cy5 染劑的情況下，最高螢光增強倍率在 5mN/m 為 173.27±46.09 倍，如圖 4-27，而在 IR800 情況下，最高螢光增強倍率在 5mN/m 為 176.61±34.77 倍，如圖 4-29。在這兩種染劑可以共同觀察到的是當金/銀-核/殼 奈米長方體結構越排越密的時候，其因空隙越來越少且越小，使得螢光值有下降 的趨勢。. 52.
(65) 圖 4-26. 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 Cy5 之螢光強度圖(A)5. mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m. Cy5 250. FOLD. 200 150. 5mN/m 8mN/m. 100. 14mN/m 17mN/m. 50 0 0.1. 0.05. 0.025. Cy5 Concentration(μg/mL). 圖 4-27. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m、. 17 mN/m)在不同 Cy5 濃度的螢光比較. 表 4-5. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m、17. mN/m) 在不同 Cy5 濃度的螢光倍率數值 53.
(66) 圖 4-28. 不同壓力金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 IR800 之螢光強度圖片(A). 5 mN/m (B) 8 mN/m (C) 14 mN/m (D) 17 mN/m. IR800 250. FOLD. 200 150. 5mN/m 8mN/m. 100. 14mN/m 17mN/m. 50 0 0.1. 0.05. 0.025. IR800 Concentration(μg/mL). 圖 4-29. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m、. 17 mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光比較. 表 4-6. 不同壓力的金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m、17. mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光倍率數值 54.
(67) 接著比較了四種不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜材料，壓 力分別為 5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m 和 17 mN/m。亦使用了兩種不同的螢光染 劑，為 Cy5 及 IR800。無論是 Cy5 或是 IR800 其 NOM-14mN/m 的螢光倍率皆為 最高如，圖 4-31、圖 4-33。Cy5 最高倍率可達 112.95±12.57 倍，而 IR800 最高倍 率可達 93.71±17.68 倍。這裡 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構-14mN/m 螢光倍 率為最高的原因可以對比到圖 4-14、圖 4-15，可以看到不同壓力的 NOM-金/銀核/殼奈米長方體結構，NOM-14mN/m 的反射率是最低的，因此可預期的其螢光 倍率較高。. 55.
(68) 圖 4-30. 不同壓力 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 Cy5 之螢光強度圖. 片(A)5 mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m. Cy5 120 100. FOLD. 80 NOM-5. 60. NOM-8. NOM-14. 40. NOM-17. 20 0 0.1. 0.05. 0.025. Cy5 Concentration(μg/mL). 圖 4-31. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m)在不同 Cy5 濃度的螢光比較. 表 4-7. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m)在不同 Cy5 濃度的螢光倍率數值 56.
(69) 圖 4-32. 不同壓力 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構薄膜在 IR800 之螢光強度. 圖片(A)5 mN/m (B)8 mN/m (C)14 mN/m (D)17 mN/m. IR800 120 100. FOLD. 80 NOM-5 60. NOM-8 NOM-14. 40. NOM-17 20 0 0.1. 0.05. 0.025. IR800 Concentration(μg/mL). 圖 4-33. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14. mN/m、17 mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光比較. 表 4-8. 不同壓力的 NOM-金/銀-核/殼奈米長方體結構(5 mN/m、8 mN/m、14 mN/m、. 17 mN/m) 在不同 IR800 濃度的螢光倍率數值 57.
(70) 第五章 結論 本實驗以 Langmuir-Blodgette 的方法製作出了不同形狀以及不同壓力的奈米 材料薄膜，並且比較了其螢光增加倍率。也比較了在不同基板上(羧酸化-COOH 的 Polysine 玻璃片以及金島狀薄膜玻璃片)的螢光增強倍率。藉由將合成在 CTAB/CTAC 中的奈米材料再包覆一層 PVP 保護膜的轉相方法使之在酒精氯仿 混合液中不會聚集，以此當成 Langmuir-Blodgette 的排膜材料，再以不同表面壓 力來製成不同奈米材料密度的薄膜，以此作不同奈米材料的螢光倍率比較。結果 發現，5 mN/m-金/銀-核/殼結構-羧酸化玻璃-IR800 有著最高的螢光倍率，其螢光 增強倍率可達 177 倍。 期望未來能將奈米材料有規律且周期性地排列在金島狀薄膜上(即 NOM 結 構)，若能將反射率降低將此結構製成完美吸收體，期望能有更好的螢光增強效 果。. 58.
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