CN105044060A - 一种红色荧光银纳米团簇的制备及其应用 - Google Patents

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乔云云
张彩红
张彦
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Abstract

本发明提供了一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，是以鸡蛋白作为模板和保护剂，以硼氢化钠为还原剂，利用“一锅法”制得大小均匀、稳定性好、红色荧光的银纳米团簇；该方法操作简单，原料广泛易得，成本较低，具有良好的重复性；而且制得的红色荧光银纳米团簇水溶性好、稳定性强，可应用于水体系中汞离子的检测。

Description

一种红色荧光银纳米团簇的制备及其应用
技术领域
本发明属于荧光纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种红色荧光银纳米团簇的制备及其应用
背景技术
银纳米团簇，是一种金属核心尺寸小于2nm的超小纳米粒子。它作为一种新型的荧光团，因其具有制备成本低廉、化学性质活泼、表面易修饰、水溶性良好等优点，作为性能优良的荧光探针，引起了研究者广泛的兴趣，因而使银纳米团簇逐渐成为金属纳米材料中的重要组成部分，并广泛应用于化学分析、生物传感、生物成像、催化等研究领域。
目前，大多数合成的银纳米团簇在紫外光激发下发射蓝光。在分析检测以及生物方面，红色荧光银纳米团簇更有吸引力，这样就可以避免一些生物体自身荧光的干扰。
生物大分子如多肽和蛋白质，具有良好的生物相容性，自身具备多种生物功能，易于实现银纳米团簇的功能化，也常用作合成荧光银纳米团簇的优良模板。
文献(Protein-DirectedSynthesisofHighlyFluorescentGoldNanoclusters,J.P.Xie,Y.G.Zheng,andJ.Y.Ying,J.Am.Chem.Soc.,2009,131,888-889)，首次用一种商业化的常见蛋白质----牛血清白蛋白，简单地一步合成了高发光的金纳米团簇(红色荧光)，其中牛血清白蛋白既作保护剂又具有还原作用，在生理温度下碱性环境中牛血清白蛋白自身能将金离子还原成金原子。受此工作的启发，用蛋白质作为模板合成银纳米团簇也得到了研究生的关注。文献(Highlysensitivelabel-freefluorescentdetectionofHg2+ionsbyDNAmolecularmachine-basedAgnanoclusters,J.J.Yin,X.X.He,X.K.Jia,K.M.WangandF.Z.Xu,2013,138,2350-2356)，用DNA分子保护合成银纳米团簇，检测汞离子；文献(Functionalized-tryptophanstabilizedfluorescentAgnanoclusters:SynthesisanditsapplicationasHg2+ionssensor,P.P.Bian,L.W.Xing,Z.M.LiuandZ.F.Ma,Sensor.Actuat.BChem.,2014,203,252-257)，合成硝化后的色氨酸保护的银纳米团簇，发蓝色荧光并用于汞离子的检测。这些方法固然好，然而，合成过程有点繁琐，成本较高，发蓝色荧光的银纳米团簇用于生物检测存在一定的干扰性。
发明内容
本发明目的在于提供一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，该方法简单，一步合成，反应条件温和，所得红色荧光银纳米团簇可以避免生物体自身荧光的干扰，能用于水体系中汞离子的检测。
为实现上述目的，本发明提供的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，是以鸡蛋白作为模板和保护剂，硼氢化钠为还原剂，通过“一锅法”制备得到。
具体制备方法，步骤为：
(1)将鸡蛋白从新鲜的鸡蛋中分离出来，通过冷冻干燥获取粉末状固体；
(2)将步骤(1)得到的鸡蛋白粉末固体加入水中，搅拌使其充分溶解，制得浓度为10～75mgmL-1的鸡蛋白水溶液；
(3)向步骤(2)得到的鸡蛋白水溶液中加入浓度为0.025～0.2molL-1的硝酸银溶液，继续搅拌使两者充分混匀，鸡蛋白水溶液与硝酸银溶液的比例为20∶1；
(4)继续搅拌，向步骤(3)得到的混合溶液中加入氢氧化钠，调节溶液的pH值至11～12，室温搅拌10～30分钟；
(5)继续搅拌，向步骤(4)得到的混合溶液中加入硼氢化钠，至溶液呈深棕色，在室温下继续连续搅拌反应1～2h；
(6)将步骤(5)得到的溶液经过离心、透析，最终得到红色荧光银纳米团簇溶液。
步骤(2)所述的鸡蛋白溶液的浓度为25mgmL-1。
步骤(3)所述的硝酸银溶液的浓度为0.1molL-1。
步骤(4)所述的氢氧化钠溶液的浓度为1molL-1。
步骤(5)所述的硼氢化钠溶液的浓度为11.2mmolL-1。
所述步骤(6)中离心是以4000rmin-1转速离心10min。
所述步骤(6)中透析是用截留分子量为1000Da的透析袋透析2h。
本发明方法制备的红色荧光银纳米团簇可在汞离子检测中应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)以鸡蛋白为模板，原料广泛易得，绿色环保，制备方法简单，成本低廉；
(2)制得的红色荧光银纳米团簇具有良好的红色发光性能，并且发射峰位置位于近红外处，将其用于构建水体系中选择性检测汞离子的传感体系，可以避免生物体自身荧光的干扰。本发明制备的红色荧光银纳米团簇可在汞离子检测中应用。
(3)制得的红色荧光银纳米团簇尺寸小、光稳定性强、毒副作用小、水溶性好，在化学传感、生物成像、生物标记等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备的红色荧光银纳米团簇的作用机理示意图
图2a为本发明制备红色荧光银纳米团簇溶液分别在日光灯(1)和波长为365nm紫外灯(2)照射下的照片
图2b为本发明制备红色荧光银纳米团簇溶液的荧光-紫外图
图3为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入不同金属离子时荧光峰强度的变化
图4为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入不同金属离子在日光灯(1)和波长为365nm紫外灯(2)照射下的照片
图5为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液在不同pH值下荧光峰强度的变化
图6为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液在加入汞离子之前(a)和之后(b)荧光峰强度随时间的变化
图7为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液随离子强度(氯化钠的浓度)的变化其荧光峰强度的变化
图8为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液随汞离子浓度的变化其荧光峰强度的变化
图9为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液与汞离子浓度之间的线性关系
具体实施方式
本发明是以鸡蛋白为模板，硼氢化钠为还原剂，通过“一锅法”制备红色荧光银纳米团簇溶液用于实际水样品中汞离子的检测。下面通过实例对本发明作进一步说明。
实施例1
以鸡蛋白为模板的红色荧光银纳米团簇的制备：
(1)将0.25g鸡蛋白粉末加入到10mL去离子水中，超声溶解制得混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液加入到0.5mL0.1molL-1硝酸银溶液中，搅拌使两者充分混匀；
(3)向步骤(2)得到的混合溶液中加入0.3mL1molL-1氢氧化钠溶液，室温搅拌0.5h；
(4)向步骤(3)得到的混合溶液中加入30μL11.2mmolL-1硼氢化钠溶液，溶液由无色变为深棕色，在室温下继续连续搅拌反应1h；
(5)将步骤(4)得到的产物进行离心，用4000rmin-1转速离心10min，透析时用截留分子量为1000Da的透析袋透析2h，最终得到红色荧光银纳米团簇溶液。步骤(2)～(5)过程中，均是在室温条件下操作完成的。
制备的红色荧光银纳米团簇的作用机理示意图见图1。
制备的红色荧光银纳米团簇溶液分别在日光灯和波长为365nm紫外灯照射下的照片见图2a，其中1为红色荧光银纳米团簇溶液在日光灯照射下的图片，颜色为深棕色，2为波长为365nm紫外灯照射下的图片，颜色为红色。
此外，制备的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光-紫外图见图2b，其中紫外图(左)说明制备的红色荧光银纳米团簇颗粒较小；而荧光图(右)表明制备的红色荧光银纳米团簇在固定激发波长为503nm条件下，发射峰位置在620nm左右，位于近红外区域。
实施例2
金属离子对实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响实验：
用pH＝7的0.01mol·L-1的磷酸缓冲液和Pb(NO3)2、Mg(NO3)2、Mn(NO3)2、Fe(NO3)3、Zn(NO3)2、Cd(NO3)2、Cu(NO3)2、Hg(NO3)2、K(NO3)2、Ca(NO3)2、NaNO3、Ni(NO3)2、AgNO3、Bi(NO3)2、Co(NO3)2分别配制成金属离子浓度为100μmol·L-1的溶液，分别将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL上述含不同金属离子的溶液中，固定激发波长为503nm，在室温下进行荧光光谱检测，根据620nm左右的荧光峰强度，检测金属离子对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响。此外，将上述溶液分别置于日光灯和波长为365nm紫外灯下，观察颜色变化。
金属离子对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响见图3：在503nm激发下，从含金属离子的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光强度F与红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度F0的比值得出：汞离子变化最大，其他离子变化相对较小，说明本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液能够定性检测汞离子。
含金属离子的红色荧光银纳米团簇溶液分别在日光灯和波长为365nm紫外灯照射下的照片见图4，其中1为含金属离子的红色荧光银纳米团簇溶液在日光灯照射下的图片，含汞离子溶液的颜色为淡棕色，其他金属离子溶液的颜色为棕色；2为波长为365nm紫外灯照射下的图片，含汞离子溶液的颜色为无色，其他金属离子溶液的颜色为红色。
实施例3
pH值对实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响实验：
分别将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL不同pH值的磷酸缓冲溶液中，固定激发波长为503nm，在室温下进行荧光光谱检测，根据620nm左右的荧光峰强度，检测pH值对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响。
pH值对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响见图5：在503nm激发下，红色荧光银纳米团簇溶液在pH为3-11的范围内，荧光峰强度基本变化不大，说明本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液可以应用于各种酸碱体系。
实施例4
时间对实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液以及加入汞离子后荧光峰强度的影响实验：
分别将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL磷酸缓冲溶液(pH＝7.0)中，固定激发波长为503nm，在室温下0-30min内进行荧光光谱检测，根据620nm左右的荧光峰强度，检测时间对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响；之后，在该溶液中加入汞离子，在0-30min内检测时间对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响。
时间对红色荧光银纳米团簇溶液以及加入汞离子后荧光峰强度的影响见图6：在503nm激发下，a为红色荧光银纳米团簇溶液在0-30min范围内变化趋势，荧光峰强度基本不变，说明本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液很稳定；b为红色荧光银纳米团簇溶液加入汞离子后在0-30min范围内变化趋势，其荧光峰强度变化不大，为了提高检测效率，缩短时间，故本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液用于检测汞离子的时间设定为2min。
实施例5
离子强度对实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响实验：
分别将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL磷酸缓冲溶液(pH＝7.0)中，固定激发波长为503nm，加入不同浓度的氯化钠溶液(0～73.90mM)，在室温下进行荧光光谱检测，根据620nm左右的荧光峰强度，检测离子强度对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响。
离子强度对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响见图7：在503nm激发下，红色荧光银纳米团簇溶液在不同浓度的氯化钠溶液(0～73.90mM)范围内，荧光峰强度基本不变，说明本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液抗离子干扰性强。
实施例6
实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液对汞离子检测的实验：
分别将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL磷酸缓冲溶液(pH＝7.0)中，固定激发波长为503nm，加入不同浓度的汞离子(0～108.80μM)，在室温下进行荧光光谱检测，根据620nm左右的荧光峰强度，检测汞离子对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响。
汞离子对红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的影响见图8：在503nm激发下，红色荧光银纳米团簇溶液在加入不同浓度的汞离子后，荧光峰强度逐渐减小，最后荧光峰基本趋于平滑；其中1～12分别是0,9.99,19.96,29.91,39.84,49.75,59.64,69.51,79.37,89.20,99.01,108.80μM的汞离子对红色荧光银纳米团簇溶液荧光峰强度影响的荧光光谱图，说明本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液能够实现对汞离子的检测。
此外，本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液的荧光峰强度的变化与汞离子的浓度呈线性关系，如图9所示，其线性方程为(F0-F)/F0＝0.00755[Hg2+]+0.00247(R2＝0.98589)，检出限能达到1.23μM。
实施例7
实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液在实际水样中汞离子检测应用的实验：
采用标准加入法用于实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液在实际水样中汞离子检测应用的实验。用自来水和湖水作溶剂分别配制汞离子储备液0.01molL-1。将0.5mL实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液加入到0.5mL磷酸缓冲溶液(pH＝7.0)，选取某些浓度梯度的汞离子溶液，加入到上述体系中，固定激发波长为503nm，在室温下进行荧光光谱检测，并记录相应的荧光强度。
利用图9中的线性方程计算出实际样品中汞离子的回收率。本实验中多组平行测定并计算自来水和湖水中汞离子的回收率，如表1所示，说明实施例1制备的红色荧光银纳米团簇溶液能够用于实际水样中汞离子的检测。
表1为本发明制备的红色荧光银纳米团簇溶液用于实际水样品中汞离子的检测
RSD:相对标准偏差。

Claims (9)

1.一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，红色荧光银纳米团簇是以鸡蛋白作为模板和保护剂，硼氢化钠为还原剂，通过“一锅法”制备得到。
2.如权利要求1所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其步骤为：
(1)将鸡蛋白从新鲜的鸡蛋中分离出来，通过冷冻干燥获取粉末状固体；
(2)将步骤(1)得到的鸡蛋白粉末固体加入水中，搅拌使其充分溶解，制得浓度为10～75mgmL-1的鸡蛋白水溶液；
(3)向步骤(2)得到的鸡蛋白水溶液中加入浓度为0.025～0.2molL-1的硝酸银溶液，继续搅拌使两者充分混匀，鸡蛋白水溶液与硝酸银溶液的比例为20∶1；
(4)继续搅拌，向步骤(3)得到的混合溶液中加入氢氧化钠，调节溶液的pH值至11～12，室温搅拌10～30分钟；
(5)继续搅拌，向步骤(4)得到的混合溶液中加入硼氢化钠，至溶液呈深棕色，在室温下继续连续搅拌反应1～2h；
(6)将步骤(5)得到的溶液经过离心、透析，最终得到红色荧光银纳米团簇溶液。
3.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的鸡蛋白溶液的浓度为25mgmL-1。
4.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的硝酸银溶液的浓度为0.1molL-1。
5.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的氢氧化钠溶液的浓度为1molL-1。
6.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的硼氢化钠溶液的浓度为11.2mmolL-1。
7.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中离心是以4000rmin-1转速离心10min。
8.如权利要求2所述的一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中透析是用截留分子量为1000Da的透析袋透析2h。
9.如权利要求1或2所述方法制备的红色荧光银纳米团簇在汞离子检测中的应用。
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