CN103611946A

CN103611946A - 甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法

Info

Publication number: CN103611946A
Application number: CN201310656872.9A
Authority: CN
Inventors: 陈伟; 邓豪华; 何少斌; 林新华; 刘爱林
Original assignee: Fujian Medical University
Current assignee: Fujian Medical University
Priority date: 2013-12-08
Filing date: 2013-12-08
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-08
Also published as: CN103611946B

Abstract

本发明公开一种甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，甲硫氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。本发明是一种新型金纳米团簇荧光材料的制备方法，具有制备简单环保，无需还原剂的优点。所制得的金纳米团簇由13个金原子组成，具有强烈的黄色荧光（最大发射波长为530nm），长荧光寿命（181ns和1651ns），高稳定性及较大的斯托克斯位移（110nm）等特点。

Description

甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法

技术领域

本发明涉及甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，属于纳米技术领域。

背景技术

金纳米团簇（gold nanoclusters, Au NCs）是一种新型的荧光纳米材料，由几个到几百个原子组成，尺寸接近于电子的费米波长（约0.7 nm）。由于量子尺寸效应，金纳米团簇显示出独特的光学特性。荧光金纳米团簇具有尺寸小、水溶性好、光物理性质好、比表面积大、表面易于修饰以及荧光性质随尺寸可调等优点，是近年来的研究热点，其已被广泛应用于催化、传感检测、纳米标记、医学成像和光电子学等领域。

金纳米团簇荧光材料的合成路线主要分为“自下而上”（bottom-up）和“自上而下”（top-down）两种类型。对于“自下而上”的合成方法，金离子（Au³⁺或Au⁺）被还原为金原子，而后累积形成一定的团簇。与此相反，对于“自上而下”的合成方法，金纳米团簇是通过使用适当的稳定剂去蚀刻较大的金纳米粒子表面的原子而产生。近几年来，很多生物分子，例如蛋白质、多肽、DNA、RNA和氨基酸，由于其含有丰富的官能团及特定的空间结构，已被成功应用于金纳米团簇的制备。与其他金纳米团簇荧光材料相比，以生物分子为模板所制得的金纳米团簇显示出更低的毒性和更好的生物相容性。

本发明在无添加任何其他还原剂的条件下，以甲硫氨酸为生物模板原位合成金纳米团簇荧光材料。甲硫氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。

发明内容

本发明的目的是提供一种在无添加任何其他还原剂的条件下，以甲硫氨酸为生物模板原位合成甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是它由以下两个步骤组成：（1）在氯金酸溶液中加入浓度为0.02~0.16 mol/L的甲硫氨酸溶液和浓度为0.2~0.9 mol/L的氢氧化钠溶液，混匀后水浴反应0.01~8 h，所得的水溶液加入硫酸溶液，室温离心，弃去上清液，用硫酸溶液清洗沉淀;（2）加入浓度为0.07~4.2wt%氨水溶液溶解步骤（1）所得的沉淀，混匀后在温度为20~100 ℃的水浴下反应0~50 min，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。

具体地说，4毫升浓度为0.1 mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37 ℃水浴恒温反应6 h，反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2 min，弃去上清液，加入5毫升0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次，（2）加入1.4wt%的氨水溶液溶解第一步清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70 ℃水浴恒温反应30 min，所得到的金纳米团簇溶液可见光下为浅黄色，紫外灯照射下产生强烈的黄色荧光，紫外可见光谱在330 nm波长处有一较弱的吸收峰，最大激发波长和发射波长分别为420 nm和530 nm。

所述的步骤（1）中氯金酸溶液、甲硫氨酸溶液、氢氧化钠溶液的体积比为2：20：3。

所述步骤（1）所用的氯金酸溶液的浓度为0.2 g/L，甲硫氨酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度分别为0.1 mol/L和0.5 mol/L，反应时间为6 h。

所述步骤（1）氯金酸溶液、甲硫氨酸溶液、氢氧化钠溶液三者混匀后37 ℃水浴反应6 h，所得的水溶液加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，室温条件下6000转/分钟离心2 min，弃去上清液，用5毫升浓度为0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀三次。

所述步骤（2）所用的氨水溶液的体积为5毫升，氨水溶液的浓度为1.4%，温度为70 ℃，反应时间为30 min。

本发明所制得的金纳米团簇材料由13个金原子组成。

本发明所制得的金纳米团簇材料水溶液为浅黄色，紫外可见光谱在330 nm处有一弱的吸收峰；在紫外灯照射下产生强烈的黄色荧光，最大激发波长和发射波长分别为420 nm和530 nm，量子产率为2.8%。

本发明所制得的金纳米团簇材料的荧光寿命为181 ns占44.06%和1651 ns占55.94%。

本发明所制得的金纳米团簇材料水溶液在4 ℃暗处下放置2个月无沉降物出现，荧光强度及最大发射峰位置稳定，重复制备重现性好。

本发明的金纳米团簇荧光材料的具体制备方法为：

以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。金纳米团簇荧光材料的制备分为两步：（1）4毫升浓度为0.1 mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37 ℃水浴恒温反应6 h。反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2 min。弃去上清液，加入5毫升0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次。（2）加入1.4%的氨水溶液溶解第一步清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70 ℃水浴恒温反应30 min。所得到的金纳米团簇溶液为浅黄色。

本发明的优点：

（1）本发明在无添加任何其他还原剂的条件下，以甲硫氨酸为生物模板原位合成金纳米团簇荧光材料。制备方法绿色环保，操作简便快捷，重现性好。

（2）本发明所制备的金纳米团簇具有强烈的黄色荧光（最大发射波长为530 nm），长荧光寿命（181 ns和1651 ns），高稳定性及较大的斯托克斯位移（110 nm）等特点。

附图说明

图1为金纳米团簇荧光纳米材料在可见光（A）和紫外灯下（B）的外观比较图。

图2为金纳米团簇荧光纳米材料的紫外可见吸收光谱图。

图3为金纳米团簇荧光纳米材料的激发和发射光谱图。

图4-1为甲硫氨酸浓度（A）对第一步反应产物荧光强度的影响图。

图4-2为氢氧化钠浓度（B）对第一步反应产物荧光强度的影响图。

图4-3为反应时间（C）对第一步反应产物荧光强度的影响图。

图5-1为氨水浓度（A）对第二步反应产物荧光强度的影响图。

图5-2为反应温度（B）对第二步反应产物荧光强度的影响图。

图5-3为反应时间（C）对第二步反应产物荧光强度的影响图。

图6为金纳米团簇荧光纳米材料的荧光寿命图。

图7为金纳米团簇荧光纳米材料的能量散射X射线能谱图。

图8为金纳米团簇荧光纳米材料的选区电子衍射图。

图9为金纳米团簇荧光纳米材料的X射线光电子能谱图。

图10为金纳米团簇荧光纳米材料的红外吸收光谱图。

图11为金纳米团簇荧光纳米材料的质谱图。

图12为金纳米团簇荧光纳米材料制成的金纳米团簇溶液的发射光强度值（F₅₃₀）与铜离子浓度之间的线性关系图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明进行详细描述：

实例1：

金纳米团簇荧光材料的制备分为两步：（1）4毫升浓度为0.1 mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37 ℃水浴恒温反应6 h。反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2 min。弃去上清液，加入5毫升0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次。（2）加入1.4wt%的氨水溶液溶解第一步清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70 ℃水浴恒温反应30 min。所得到的金纳米团簇溶液可见光下为浅黄色（见图1中的A图案），紫外灯照射下产生强烈的黄色荧光（见图1中的B图案），紫外可见光谱在330 nm波长处有一较弱的吸收峰（见图2），最大激发波长和发射波长分别为420 nm和530 nm（见图3），量子产率为2.8%。4 ℃暗处保存，能保持至少两个月的相对稳定。

实例2：

金纳米团簇荧光材料的制备第一步反应：4毫升甲硫氨酸溶液（浓度为0.02~0.16 mol/L）和0.6毫升氢氧化钠溶液（浓度为0.2~0.9 mol/L）加入到0.4毫升浓度为0.2 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37 ℃水浴恒温反应0~8 h。反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2 min。弃去上清液，加入5毫升0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物3次。如图4-1、图4-2和图4-3所示，溶液的荧光强度值（530 nm处）在甲硫氨酸溶液浓度为0.1 mol/L，氢氧化钠溶液浓度为0.5 mol/L，反应时间为6 h时达到最大。

实例3：

金纳米团簇荧光材料的制备第二步反应：加入0.07~4.2%的氨水溶液溶解第一步清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于20~100 ℃水浴恒温反应0~50 min。如图5-1、图5-2和图5-3所示，溶液的荧光强度值（530 nm处）在氨水溶液浓度为1.4%，反应温度为70 ℃，反应时间为30 min时达到最大。

实例4：

将实例1所得的溶液进行荧光寿命测定，测得金纳米团簇的荧光寿命值为181 ns（44.06%）和1651 ns（55.94%）（见图6），纵坐标Counts指荧光强度。

实例5：

将实例1所得溶液滴涂在铜网上。能量散射X射线能谱分析（见图7）表明产物含有金。选区电子衍射分析（见图8）表明制备的金纳米团簇为多晶。

实例6：

将实例1所得溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行X射线光电子能谱测定，在84.2 eV和88.1 eV处出现金的4f峰，在162.6 eV和163.9 eV处出现硫的2p峰（见图9）。

实例7：

将实例1所得溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行红外吸收光谱测定，790~830 cm^-1C-S共振吸收受到抑制，-NH₂和-COOH的共振吸收峰位置几乎保持不变（见图10）。

实例8：

将实例1所得溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行质谱测定，得所制备的金纳米团簇的金原子个数为13（见图11）。

实例9：

铜离子的测定：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有不同浓度梯度的铜离子（50~8000 nmol/L）的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01 mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，以420 nm为激发波长，测定在530 nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图12所示，在50~8000 nmol/L 范围内F₅₃₀的对数值与铜离子浓度呈线性关系，检测限为7.9 nmol/L，由此可见以甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料能作为荧光探针测定铜离子。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是它由以下两个步骤组成：（1）在氯金酸溶液中加入浓度为0.02~0.16 mol/L的甲硫氨酸溶液和浓度为0.2~0.9 mol/L的氢氧化钠溶液，混匀后水浴反应0.01~8 h，所得的水溶液加入硫酸溶液，室温离心，弃去上清液，用硫酸溶液清洗沉淀;（2）加入浓度为0.07~4.2wt%氨水溶液溶解步骤（1）所得的沉淀，混匀后在温度为20~100 ℃的水浴下反应0~50 min，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。

2.根据权利要求1所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是4毫升浓度为0.1 mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37 ℃水浴恒温反应6 h，反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2 min，弃去上清液，加入5毫升0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次，（2）加入1.4wt%的氨水溶液溶解第一步清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70 ℃水浴恒温反应30 min，所得到的金纳米团簇溶液可见光下为浅黄色，紫外灯照射下产生强烈的黄色荧光，紫外可见光谱在330 nm波长处有一较弱的吸收峰，最大激发波长和发射波长分别为420 nm和530 nm。

3.根据权利要求1所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是步骤（1）中氯金酸溶液、甲硫氨酸溶液、氢氧化钠溶液的体积比为2：20：3。

4.根据权利要求1所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是步骤（1）所用的氯金酸溶液的浓度为0.2 g/L，甲硫氨酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度分别为0.1 mol/L和0.5 mol/L，反应时间为6 h。

5.根据权利要求1所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是步骤（1）氯金酸溶液、甲硫氨酸溶液、氢氧化钠溶液三者混匀后37 ℃水浴反应6 h，所得的水溶液加入0.5毫升浓度为1 mol/L的硫酸溶液，室温条件下6000转/分钟离心2 min，弃去上清液，用5毫升浓度为0.1 mol/L的硫酸溶液清洗沉淀三次。

6.根据权利要求1或3或4或5所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是步骤（2）所用的氨水溶液的体积为5毫升，氨水溶液的浓度为1.4%，温度为70 ℃，反应时间为30 min。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所制得的金纳米团簇材料由13个金原子组成。

8.根据权利要求1或3或4或5或6所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所制得的金纳米团簇材料水溶液为浅黄色，紫外可见光谱在330 nm处有一弱的吸收峰；在紫外灯照射下产生强烈的黄色荧光，最大激发波长和发射波长分别为420 nm和530 nm，量子产率为2.8%。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所制得的金纳米团簇材料的荧光寿命为181 ns占44.06%和1651 ns占55.94%。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所制得的金纳米团簇材料水溶液在4 ℃暗处下放置2个月无沉降物出现，荧光强度及最大发射峰位置稳定，重复制备重现性好。