CN103627386A - 一种荧光探针叶酸功能化的荧光金纳米簇的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用叶酸作为还原剂合成叶酸功能化的荧光金纳米簇的方法，叶酸功能化的荧光金纳米簇的尺寸为3-7nm，在紫外光源下呈蓝光发射，研究了利用叶酸功能化的金纳米簇作为荧光探针来检测重金属汞离子的方法，结果表明，叶酸功能化的荧光金纳米簇对汞离子具有高的灵敏度和选择性，可以作为荧光探针检测汞离子，同时具有较好的环境适应性。此外，我们合成的叶酸功能化的荧光金纳米簇的合成方法是简单的一次性绿色合成路线，因此，本发明提供的方法具备成本低、合成方法简单、易操作的特点。利用叶酸功能化的荧光金纳米簇作为检测探针检测汞离子，是一种操作简单、快速定量检测重金属离子汞的方法。

Description

一种荧光探针叶酸功能化的荧光金纳米簇的制备方法

技术领域

本发明属于纳米检测技术领域，具体涉及一种荧光金纳米簇的合成方法。

背景技术

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属离子中，汞是一种具有剧毒却又普遍存在于自然界的污染物。汞污染会造成对脑、神经系统、内分泌系统、肾脏严重的伤害。水溶性的二价汞离子(Hg²⁺)是汞污染物中最平常和最稳定的形式之一，它是水环境和土壤污染的主要方式。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。无机汞可以被环境中的细菌转化成甲基汞，这种形式的汞污染会通过食物链传递给或聚集在更高一级的有机生物体。因此，环境中的水溶性的Hg²⁺的检测和监测是必要的。近年来，研究人员以开发简单有效的Hg²⁺检测器件为目标，一批具有高灵敏高选择性的器件，分别是基于金纳米颗粒，荧光基团，DNA或DNA酶，聚合物材料和蛋白质等。在这些器件中，许多器件的检测元素是建立在基于包含胸腺嘧啶(T)的核苷酸链中存在的胸腺嘧啶错配结构的，利用错配的胸腺嘧啶可以与Hg²⁺形成稳定的结构来检测Hg²⁺。但是，利用核酸或酶作为检测元素是非常昂贵的，而且在器件的制备过程中也是复杂和耗时的，利用这种技术是很难实现普遍应用的。而且，美国环境保护局(EPA)发布的饮用水中允许含无机汞离子的最高含量2ppb(10nM)。这个标准低于许多检测器件的最低检测限，是许多检测器件达不到的。因此，对环境的监测需要设计即灵敏、方便操作又经济的器件。利用这种器件实现环境领域或生物体中的汞离子的实时检测以及原位快速检测，并且达到较高的灵敏度具有十分重要意义。

对于金属离子的检测，传统的方法电感偶合等离子体法(ICP)和原子吸收光谱法都是十分有效的，但是它们除了需要大型仪器以外，还需大量样品。此外还有利用络合剂和与离子形成有色络合物进行比色测定的方法，但其灵敏度低，重现性差，现在一般很少采用。近年来，利用有机荧光分子作为检测探针检测重金属离子取得了较好的效果，但有机荧光分子探针技术应用于过渡金属及重金属离子的检测，可实现原位检测，但很多荧光探针通常在有机溶剂中有较好的检测效果，而在水溶液中有一定的局限性。

金属纳米颗粒已经成功地应用于各种纳米生物传感器和疾病的诊疗中，在生物分子检测和传感中有着巨大的应用前景。研究发现随着金属材料的尺寸逐步减小，直至纳米级别时，金属的发光效率有明显增强，特别是在其尺寸接近电子的费米波长的级别(小于1nm)时[Kubo R，J.Phys.Soc.Jpn.1962，17，975-986.]，贵金属纳米簇(如金，银)会呈现较强的荧光性质[Schaaff T G，Knight G，Shafigullin M N，et al.J.Phys.Chem.B1998，102(52)，10643-10646；Chen W，Wang Z G，Lin Z J，et al.1998，83(7)，3811-3185；Link S，Beeby A，FitzGerald S，etal.Journal ofPhysical Chemistry B2002，106(13)，3410-3415.]。发光的金属纳米簇具有很多优于传统的荧光团的性质，如尺寸小，好的光稳定性，大的Stokes位移等，在单分子光谱，荧光成像，光电器件上都有可观的应用前景。最近，台湾学者[Huang C C，Yang Z S，Lee K H，Angew.Chem.Int.Ed.2007，46(36)，6824-6828.]等人报道了具有强荧光的由巯基十一酸(MUA)保护的纳米金颗粒，并用于检测Hg²⁺是利用Hg²⁺对金纳米颗粒引发聚集后使荧光淬灭的特性。利用这种器件，检测Hg²⁺的检测限可以达到5nM，这个浓度低于美国环境保护局的饮用水检测标准，并且证明了荧光纳米金颗粒是一种非常灵敏的检测器件。Ying课题组[Xie J P，Zheng Y G，Ying J Y，Chem.Commun.2010，46，961-963；Hu D H，Sheng Z H，Gong P，Zhang P F，Cai L T，Analyst2010，135，1411-1416；Xie J P，Zheng Y G，Ying J Y，J.AM.CHEM.SOC.2009，131，888-889.]报道了一种由牛血清白蛋白功能化的金纳米簇在紫外条件下激发具有强的红光发射，而且这种荧光金纳米簇的合成是通过简单的一次性绿色合成路线。利用牛血清白蛋白功能化的金纳米簇作为荧光检测探针检测Hg²⁺，溶液中的Hg²⁺可以被牛血清白蛋白功能化的金纳米簇荧光检测探针快速准确地检测，具有非常高的灵敏度，检测限为0.5nM，这个浓度低于美国环境保护局的饮用水检测标准，并且这种荧光检测探针对Hg²⁺具有非常好的选择性。

在本发明中，我们研究了一种利用叶酸作为还原剂合成叶酸功能化的荧光金纳米簇的方法，并且研究了利用叶酸功能化的金纳米簇作为荧光探针来检测重金属汞离子的方法。我们提供的叶酸功能化的荧光金纳米簇的合成方法是简单的一次性绿色合成路线，因此，本发明提供的方法具备成本低、合成方法简单、易操作的特点。利用叶酸功能化的荧光金纳米簇作为检测探针检测汞离子，是一种操作简单、快速定量检测重金属离子汞的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶酸功能化的荧光金纳米簇的合成方法。

一种荧光探针叶酸功能化的荧光金纳米簇的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

首先将1-5mL的30mM氯金酸溶液与20-50mL水混合加热至70-100℃，在磁力搅拌的条件下，加入2-5mL的0.2-1％叶酸水溶液，使得混合溶液的颜色由淡黄色逐渐变为深棕色，反应进行约10-30min之后，将混合溶液冷却到室温，在约6000-8000转的条件下离心约10min，得到上清液即为荧光金纳米簇。

所制得的荧光金纳米簇在紫外光源下呈现蓝光发射，其荧光光谱，在275nm的波长下激发，荧光金纳米簇在440nm有强的发射峰，所述荧光金纳米簇的尺寸为3-7nm；

所述荧光金纳米簇通过荧光检测的方法，可检测出水溶液样品中含有的微量的重金属离子Hg²⁺。

有益效果：

1、本发明提供了叶酸功能化的金纳米簇荧光检测探针的制备方法，制得的荧光金纳米簇具有强的蓝光发射，并且提供的荧光检测探针灵敏度高、选择性好，检测限低。

2、不需要大型仪器，通过裸眼观察或荧光光谱，即可识别检测结果。

3、本发明易制备和保存；在4℃条件下可保存8～15个月不发生变化。

4、本发明所用试剂和操作过程均无毒副作用。

5、本发明方法简单、快速、易操作，可进行现场原位快速检测。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

附图1是叶酸功能化的金纳米簇(FA-Au-NCs)的荧光光谱图；

附图2a是叶酸功能化的金纳米簇的透射电镜照片；

附图2b是叶酸功能化的金纳米簇的EDX能谱；

附图3是荧光探针检测汞离子的荧光光谱图；

附图4是荧光探针检测汞离子灵敏度的荧光光谱，插图为荧光强度与Hg²⁺浓度的线性关系；

附图5是荧光探针检测汞离子选择性的荧光光谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种荧光探针叶酸功能化的荧光金纳米簇的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

首先将1-5mL的30mM氯金酸溶液与20-50mL水混合加热至70-100℃，在磁力搅拌的条件下，加入2-5mL的0.2-1％叶酸水溶液，使得混合溶液的颜色由淡黄色逐渐变为深棕色，反应进行约10-30min之后，将混合溶液冷却到室温，在约6000-8000转的条件下离心约10min，得到上清液即为荧光金纳米簇。

所制得的荧光金纳米簇在紫外光源下呈现蓝光发射，其荧光光谱，在275nm的波长下激发，荧光金纳米簇在440nm有强的发射峰(附图1)，所述荧光金纳米簇的尺寸为3-7nm(附图2a)；EDX能谱证实其成份为金(附图2b)，能谱中的其它元素来源于铜网碳膜及原料。

所述荧光金纳米簇通过荧光检测的方法，可检测出水溶液样品中含有的微量的重金属离子Hg²⁺。

FA-Au-NCs作为荧光检测探针检测Hg²⁺的机理，是由于FA-Au-NCs荧光探针表面有大量的氨基和羧基，因此，易与重金属离子相互作用，当溶液中存在Hg²⁺时，就会与FA-Au-NCs表面的活性基团发生配位，Hg²⁺与羧基、氨基等基团会形成较稳定的结构，在形成稳定结构的同时，金纳米簇的荧光就会在Hg²⁺与金簇发生作用的过程被淬灭，FA-Au-NCs的蓝光发射就会消失，因此，将FA-Au-NCs作为荧光检测探针，通过对待测样品的荧光光谱的测试或在紫外灯下其荧光发射的观察可以判断是否存在Hg²⁺，检测结果判断直观快速。将存在Hg²⁺时，将其进行荧光光谱的测试，可观察到荧光光谱强度由曲线a下降到曲线b(附图3)，可进一步的证明由于引入了Hg²⁺，使FA-Au-NCs的荧光强度出现淬灭现象。

新制备的FA-Au-NCs溶液具有很强的荧光发射，为了使检测过程中的灵敏度提高，原溶液被稀释50～80倍，得到稀释后的FA-Au-NCs溶液被作为纳米荧光检测探针。纳米探针检测Hg²⁺的过程中，待测的样品与FA-Au-NCs荧光检测探针按体积比为1∶1的量混合，即150μL的Hg²⁺的溶液样品加入150μLFA-Au-NCs荧光检测探针中，所有的灵敏度实验和选择性实验都按以上的比例进行，具体实验过程如下：

1、检测灵敏度

为检验使用叶酸功能化的金纳米簇(FA-Au-NCs)作为荧光探针检测Hg²⁺的灵敏度，需要先配制0.001-50μM的Hg²⁺溶液，将不同浓度的Hg²⁺溶液分别与FA-Au-NCs荧光探针反应，然后分别测试样品的荧光光谱来验证探针的灵敏度。从荧光光谱(附图4)中可以看出，所有混合溶液的荧光发射峰都在440nm处是荧光探针FA-Au-NCs的特征发射，并且随着Hg²⁺浓度的升高，混合溶液中FA-Au-NCs的荧光强度是逐渐降低的。混合溶液在紫外灯下荧光发射随Hg²⁺浓度的增大而降低逐渐被淬灭，在当Hg²⁺浓度为50μM时，混合溶液的荧光强度几乎被完全淬灭(附图4)。进行检测灵敏度的反应，叶酸功能化的金纳米簇作为检测探针的荧光强度与Hg²⁺的浓度在1nM-10μM有良好的线性关系(附图4插图)。因此，叶酸功能化的金纳米簇可以作为检测汞离子的荧光探针快速并定量地检测水溶液中汞离子的存在，对汞离子的检测限可达到1nM。

2、选择性

使用叶酸功能化的金纳米簇作为荧光探针检测Hg²⁺，需要考察其对Hg²⁺的选择性。相同条件下，浓度为50μM的Cd²⁺，Cr³⁺，Cr⁶⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Pb²⁺，Ag⁺溶液，分别与FA-Au-NCs荧光检测探针混合反应后测试样品的荧光光谱，从荧光光谱图中可以看出，加入其它离子后，FA-Au-NCs的荧光发射峰都在440nm处，没有发生位移。其中Cd²⁺，Cr³⁺，Cr⁶⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Ag⁺，Pb²⁺的荧光光谱强度较高，在紫外灯照射下，可观察到FA-Au-NCs荧光检测探针呈现蓝光发射，没有出现淬灭现象。而与Hg²⁺混合的FA-Au-NCs溶液的荧光光谱强度降低，同样在紫外灯下，与Hg²⁺混合的FA-Au-NCs荧光检测探针会出现淬灭现象(附图5)。通过比较荧光光谱和其在紫外灯下的发射可说明FA-Au-NCs荧光检测探针对Hg²⁺具有很高的选择性。

当有Hg²⁺存在时，叶酸功能化的金纳米颗粒会发生淬灭，同时进行荧光光谱测试，从荧光光谱中观察金纳米颗粒吸收峰强度的变化，当溶液中存在Hg²⁺时，溶液的荧光光谱的吸收强度会出现下降，而且，当溶液存在Hg²⁺浓度很大时，FA-Au-NCs荧光探针会出现完全淬灭，并且荧光光谱吸收峰的强度会出现大幅度的降低。叶酸功能化的金纳米颗粒作为荧光检测探针的吸收峰与Hg²⁺的浓度有良好的线性关系，以此通过FA-Au-NCs荧光探针可实现准确地定量检测Hg²⁺的存在。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种荧光探针叶酸功能化的荧光金纳米簇的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

首先将1-5mL的30mM氯金酸溶液与20-50mL水混合加热至70-100℃，在磁力搅拌的条件下，加入2-5mL的0.2-1％叶酸水溶液，使得混合溶液的颜色由淡黄色逐渐变为深棕色，反应进行约10-30min之后，将混合溶液冷却到室温，在约6000-8000转的条件下离心约10min，得到上清液即为荧光金纳米簇；

所制得的荧光金纳米簇在紫外光源下呈现蓝光发射，其荧光光谱，在275nm的波长下激发，荧光金纳米簇在440nm有强的发射峰，所述荧光金纳米簇的尺寸为3-7nm；

所述荧光金纳米簇通过荧光检测的方法，可检测出水溶液样品中含有的微量的重金属离子Hg²⁺。

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