整合零模波導及二維過渡金屬二硫族化物奈米發射器應用於單分子即時感測(1/2)

病毒產生的疾病造成了人類生命以及經濟的重大損失。有鑑於這樣的威脅將持續存在，世界各國都將研究資源競相投注於疫苗研發、快速篩檢方法、及防護裝備的開發。能夠於生物濃度約1微莫耳濃度的條件下，即時探測單一分子仍是一大挑戰。在本計畫中，我們希望透過結合零模波導與二維過渡金屬二硫族化物奈米發射器來實現此一目標。利用二維過渡金屬二硫族化物最大的優點是其具有高的二階光學非線性效應、自旋相依之能谷躍遷選擇特性，二者皆能對背景訊號提供良好的隔絕。根據模擬，結合零模波導與電漿子奈米天線，激發體積將可縮小至10^-21升，且螢光的生命週期可以縮短至100飛秒左右。這將有助於超快速生物分子反應過程的探索。研究方法上，有限時域差分法將用來進行零模波導的設計及優化，目標是得到最小的激發體積及最短的螢光生命週期。在製程上，標準的聚焦離子束蝕刻技術、覆晶鍵合及電漿子輔助雷射熔接技術將用來製作零模波導。在評價與檢測元件方面，已知螢光特性的染料分子將被當成標準。透過分析時間相關單光子計數器及螢光相關譜紀錄之資訊，得到單一分子的發光強度及生命週期，並可藉此優化調整波導設計。至於即時感測部分，由於電漿子奈米星結構具有多個分枝，因此會被用來增強螢光並作為反映發射光子偏振狀態的指標。由於蛋白質冠冕的形成類比於生物體蛋白質與配體的結合，是細胞訊息傳遞的重要過程，因此被選擇為我們研究的模型系統，主要將關注其與手徵特性的交互作用。為了能達成即時偵測，偏振態的量測將由一基於錐折射之史托克旋光測定法達成。此外，對應的光譜資訊，也將由我們之前已建立的奈米比色法來達成。