九章算 CEJ 解读【免疫检测传感器】暨南大学课题组：基于手性转移和尺寸工程的三维风车状CAuNP助力高灵敏度免疫层析

非诚勿扰孟非

【文章信息】
第一作者：王峥峥
通讯作者：丁郁
通讯单位：暨南大学
DOI:10.1016/j.cej.2025.160079
【全文亮点】
•纳米结构通过手性转移和尺寸工程精确控制。
•通过能量学和动力学分析可控生长机制。
•具有独特风车形状的CAuNPs首次应用于LFIA。
【全文速览】
具有独特扭曲形态的手性等离子体纳米材料表现出独特的局部表面等离子体共振（LSPR）能力和强大的等离子体光学活性，有望作为可激活探针提高侧向层析免疫测定（LFIA）的灵敏度。在此，利用 L-谷胱甘肽（L-GSH）诱导各向异性结构，从而通过在手性金纳米颗粒（CAuNPs）表面产生的不对称局部电荷分布来扩大消光横截面。基于手性转移和尺寸工程理论，精确控制L-GSH和立方AuNPs种子的数量，以实现沉积和扩散速率的合理调制，有利于受控合成具有均匀形态、高比色性能的大尺寸CAuNPs，并进一步提高LSPR频率。独特的风车状CAuNP在300-900 nm范围内呈现棕黑色和宽带吸收。利用这种新合成的CAuNPs，开发了一种用于检测鼠伤寒沙门氏菌的新型LFIA。
【图文解析】
为了实现CAuNPs的均匀大小和形态，我们最初采用了基于尺寸工程原理的 Au 种子生长方法。通过精确控制立方AuNPs种子数量，实现了不同大小的CAuNPs的可控合成。通过采用手性转移原理，通过明智地调节L-GSH的数量，获得了具有均匀形态的CAuNPs。为了更清楚地理解手性风车形CAuNPs的合成过程，给出了一个简化的示意图。制备了粒径约为28.1 nm的低折射率表面的立方体AuNPs晶种（0.51 mg/mL），在530 nm处显示出明显的LSPR峰。在立方Au中，选择CTAB作为稳定剂，因为卤化物颗粒可以保护AuNPs的（100）面，更有利于各向异性生长。随后，将手性配体L-GSH引入生长溶液中，以引导AuNPs沿L-GSH方向生长。最终，获得了棕黑色风车状的CAuNPs（1 mg/mL），显示出约660 nm的独特LSPR峰和宽带消光光谱（300-900 nm）。



第一作者：王峥峥通讯作者：丁郁通讯单位：暨南大学DOI:10.1016/j.cej.2025.160079

进一步分析L-GSH浓度对CAuNPs生长的影响机制。我们观察到与热力学和动力学控制的粒子生长存在潜在相关性。在立方AuNPs种子在低折射率表面上生长过程中，Au原子最初沉积在最高能量位置，即顶点。在顶点处，Au原子在Au表面扩散时沉积，这取决于V沉积和V扩散，在生长解决方案中，Au3+最初被GSH还原为Au，导致形成[AuSG]+n聚合物沉积在金立方体的角落。因此，不同量的添加L-GSH会产生不同数量的[AuSG]+n，从而增加顶点处的表面自由能。这导致了V沉积>V扩散，促使Au原子在顶点连续沉积，最终导致CAuNPs的各向异性生长。当V口供略大于V扩散，大多数Au原子会发生表面扩散，从而产生具有较小凹角的热力学稳定的CAuNP。随着L-GSH量的增加，V沉积进一步上升，导致只有一小部分Au原子在表面扩散。生长趋于动力学控制，导致形成具有较大凹角的CAuNP。当L-GSH量进一步增加时，V沉积将远大于V扩散.此时，Au原子的表面扩散可以忽略不计，树枝状结构逐渐增加。最终，这种生长发展成线性结构。



图2. 使用不同质量比的 AuNPs：L-GSH（1：0.30、1：0.61、1：1.21或1：2.43）制备的CAuNPs的SEM表征图像（比例尺 = 100 nm）。受热力学和动力学控制的CAuNPs生长机理示意图

构建了L-GSH在各种Au表面上的吸附模型，并模拟了覆盖Au表面的低浓度（一分子L-GSH）和高浓度（四分子L-GSH）的L-GSH，以计算吸附能。结果表明，在低浓度L-GSH下，Au（111）和Au（100）表面的吸附过程是放热的，吸附能（Eads）分别为-1.015 eV和-0.936 eV。优先吸附发生在Au（111）表面。在高浓度的L-GSH下，吸附过程在两个表面上保持放热，Eads分别为-1.72 eV和-1.637 eV，Au（111）表面仍然是优先吸附表面。



图3.不同分子数的L-GSH在AuNPs不同表面上的吸附模型和Eads (eV)

【作者致谢】
感谢第一作者选择与致谢九章算—专业模拟计算平台，用心服务科研人。



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