量身定制的金属纳米簇可以在实验室中积极开发，以处理亚波长范围的光，用于纳米光子学应用。然而，它们在具有固定数目和位置的热点中的精确分子排列仍然难以研究。化学与化学工程学院的Weina Fang及其同事，界面物理与技术重点实验室，有机电子与信息显示器以及中德智能系统研究所;设计了具有Fano共振(DMFR)(一种共振散射现象)的DNA折纸大分子，并将结果发表在《科学进展》上。分子精确定位单个染料分子以产生定量的表面增强拉曼散射回应(SERS)。为了提供量身定制的等离激元组合，Fang等人。通过将一组大型金纳米颗粒(L-AuNPs)固定在超折纸DNA框架的指定n元组(n元素的有序列表)的对接位点上，开发了一种通用的可编程方法。

然后，研究团队用四个空间组织的80 nm L-AuNPs构建了四聚体纳米簇，以显示峰-峰Fano特征。他们观察到了在单个染料分子水平上突出的SERS光谱的收集。研究团队希望DMFR能够提供有关单分子SERS的物理见解。这项工作将为开发用于超灵敏传感，纳米电路和纳米光子激光器的等离子纳米器件提供新的机会。

在纳米技术中，支撑表面等离子体激元的金属纳米结构因其在纳米级配位光的潜力而备受关注。具有空间耦合的纳米粒子的金属纳米团簇，称为大分子 ; 与具有空间耦合原子的分子相似，显示出光学特性，对于作为超材料的应用具有吸引力。这些特性可以包括形成纳米电路，等离子体传感器和亚波长波导。理论和实验研究证实，在等离子体结构热点处的强场定位可以在单分子体系中产生剧烈的光谱增强作用。物理学家尚未直接量化热点内的单个分子。挑战包括同时精确控制金属纳米粒子的几何形状，以及检测热点内单个分子的数量和位置。

研究人员以前曾使用过自上而下的光刻技术和自下而上的自组装技术，以高精度设计复杂的等离激元纳米结构来检测单个分子。例如，基于DNA折纸的自组装可以提供高度可编程的方法来设计具有作为分子和纳米颗粒的纳米级可寻址性的纳米图案。研究人员已经使用了DNA折纸支持的纳米天线来等离子体增强金属纳米粒子附近的荧光团或拉曼染料的发射。

具有n元组的超折纸DNA纳米结构的设计原理和SEM表征。(A)用于构建AuNP n元组的寡聚超级折纸模板。箭头指示方向。(B)DNA超折纸的原子力显微镜(AFM)表征。(C到E)AuNPs n元组的SEM表征。比例尺，100 nm。图片来源：Science Advances，doi：10.1126 / sciadv.aau4506。

在目前的工作中，Fang等。报道了一种将大型金纳米颗粒(L-AuNPs)精确地组织成具有超折纸 DNA框架的等离子体元的一般策略。研究小组设计了具有n元组对接位点的DNA超级折纸，以形成AuNP的菱形四聚体纳米簇。他们探索了在热点中位于法诺极小值波长处的非常强的电磁场。方等。开发了一个平台，用于利用Fano共振(DMFR)量化DNA折纸超分子热点内单个染料分子的表面增强拉曼散射(SERS)。为了调整等离激元排列，研究小组使用超级折纸作为模板，并将L-AuNP锚定在规定的n元组对接位点上。

他们构建了三种不同的超级折纸模板，DNA捕获链锚固在特定位置以形成菱形和梯形的超级折纸结构。该研究小组通过DNA杂交将一组具有两种不同直径的L-AuNP固定在纯化的超级折纸模板上。方等。使用扫描电子显微镜(SEM)来观察L-AuNPs在超级折纸模板上的定量锚固。他们指出了几种n元组结构之间的相似性，因为它们的对称性和对玻璃基板的吸附随机性。科学家观察到定制的L-AuNP等离子体激元排列的高产量形成是由于以下几个原因，其中包括：

为了研究单个四聚体的结构相关的光学和等离激元性质，Fang等。使用80纳米AuNP四聚体簇。研究人员以前曾观察到L-AuNPs表现出强烈的吸收和散射截面。在目前的工作中，该团队进行了时域有限差分(FDTD)计算，以估计大小和热点区域。他们观察到热点区域的电场强度是入射光场的90倍。方等。将超分子固定在铟锡氧化物(ITO)玻璃基板上，并使用SEM确认了颗粒的四聚体形态。科学家使用偏振相关的暗场显微镜(DFM)进一步表征了散射和拉曼光谱拉曼光谱。

为了进一步研究单个四聚体的等离激元性质，Fang等。使用SEM-DFM相关成像。为此，他们将这些大分子固定在空气中的ITO玻璃基板上，并使用倒置DFM将其成像。由于设置中的超辐射“亮”模式和亚辐射“暗”模式之间存在干扰，他们观察到了接近645 nm的窄且不对称的倾角，这是典型的Fano共振。研究小组使用有限元模拟软件(COMSOL)在入射光取向​​相关的光谱演化过程中观察到了类似的趋势。由于DNA涂层和折纸基材的影响，实验和计算出的Fano最小值略有不同。

Fang等人在实验上证实了四聚体大分子的DMFR(Fano共振)。通过使用DNA结合染料SYBR Green I 研究结构相关的拉曼特性，探索了它们在SERS分析中的潜力。在将绿色染料插入结合在L-AuNPs上的DNA和DNA折纸模板上后，他们使用SEM-拉曼共定位技术测量了四聚体大分子对拉曼的增强作用。为了更好地理解该现象，他们将对称四聚体与变形的不对称四聚体进行了比较。对称电场的完整性在变形的大分子中被破坏。相比之下，在结构良好的四聚体中观察到的类Fano共振导致较高的SERS电增强。

科学家还使用ROX(羧基-X-罗丹明)分子作为拉曼染料对单分子水平的大分子进行了定量研究。他们故意将ROX分子锚定在四聚体簇的热点区域，并观察到SERS强度随ROX分子数量的增加而定量增加，并在容纳多达6个ROX分子时达到饱和。重要的是，该团队可以在单个ROX染料分子的范围内特异性检测拉曼信号。

这样，Weina Fang及其同事证明了使用超折纸DNA框架作为制造等离子体纳米结构的通用方法。他们成功地用DMFR构建了大分子，以定量分析热点中的拉曼增强。结果提供了单分子SERS的直接证据。该研究小组设计了具有强等离子体增强能力的超级折纸超分子，作为研究单分子生物物理研究和超灵敏传感的理想平台。该团队设想了柔性折纸构造在纳米电子学，纳米光子学和生物传感中的各种目标的应用。