CN105382269B - 基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：包括（1）制备银纳米团簇模板溶液，（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇，（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的步骤。本发明的方法在水溶液中、常温下制备，具有操作简单、重复性高、成本低、表面电荷和表面性质可控、容易引入功能性基团、生物相容性好等优点。本发明制备的金纳米团簇发光稳定性好，在生物标记尤其是作为核酸特异性检测的DNA探针具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及荧光金属纳米点技术领域，具体涉及一种结合置换法和聚集诱导发光原理制备具有荧光发射能力的金纳米团簇的方法。
背景技术
与量子点相似，基于导带内微粒状电子的跃迁或由配体到金属纳米微粒的电荷转移跃迁的原理，荧光金属纳米团簇展现出了从可见到近红外区域可调节的荧光，且发光量子产率较高，容易制备。由于其具有较低的毒性、良好的生物相容性以及多功能的表面化学活性，可被应用到细胞标记、跟踪和成像以及靶向药物传送等领域。现存的荧光金纳米点的合成途径有两种：“由小到大”和“由大到小”。这两种方法复杂耗时且量子产率较低。此外，合成金纳米点的稳定性很弱且易受外界环境影响。因此，迫切需要找到一种通过较为简单易行的操作便获得具有强烈荧光和高稳定性的金纳米点的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，以解决传统制备水溶性发光金纳米团簇复杂耗时、量子产率较低、稳定性弱等缺点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，包括（1）制备银纳米团簇模板溶液，（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇，（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的步骤；
其中，制备银纳米团簇模板溶液的步骤为：
（1-1）将硝酸银溶液与团簇表面活性剂的水溶液混合均匀，并向混合物中加入去离子水得到有白色浑浊的溶液；
（1-2）向步骤（1-1）得到的溶液逐滴加入氢氧化钠溶液直至其变为无色澄清，其中，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L；
（1-3）向步骤（1-2）得到的溶液中加入水合肼，并在室温下搅拌得到银纳米团簇模板溶液；
（1-4）取步骤（1-3）得到的溶液用异丙醇离心清洗3～4次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的银纳米团簇模板溶液。
步骤（1-1）中，所述硝酸银溶液的浓度为100mM/L，所用团簇表面活性剂为谷胱甘肽，谷胱甘肽水溶液的浓度为40mM/L；硝酸银溶液、谷胱甘肽水溶液、去离子水的体积比为1:2:1。
步骤（1-3）中，所述水合肼的用量为硝酸银溶液体积的1/5，室温搅拌时间为27h。
步骤（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇的步骤具体为：
（2-1）取步骤（1-4）得到的银纳米团簇模板溶液与氯金酸溶液混合，加入去离子水后，在室温下搅拌得到金纳米团簇溶液；
（2-2）将步骤（2-1）所得溶液通过离心去除反应中生成的氯化银沉淀；
（2-3）将步骤（2-2）所得溶液用异丙醇心提纯清洗三次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的金纳米团簇溶液。
步骤（2-1）中，氯金酸溶液浓度为25mM/L，银纳米团簇模板溶液、氯金酸溶液、去离子水的体积比为2:1:7；室温搅拌时间为45h。
步骤（2-2）中，离心的转速为15000转/分钟。
步骤（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的具体步骤是：向步骤（2）得到的金纳米团簇溶液中加入乙醇与去离子水，使乙醇-水混合溶剂的极性特性对其进行聚集诱导发光作用，得到具有较强荧光的金纳米团簇。
所述的乙醇-水混合溶剂中乙醇体积分数为95%。
本发明的有益效果是：
1）本发明基的方法简单易行、操作简便、重复性高、成本低，表面电荷和表面性质可控、容易引入功能性基团、生物相容性好，可在水溶液中、常温条件下制备出荧光金纳米团簇。
2）本发明的方法利用一种自然产量丰富的三氨基酸性肽——谷胱甘肽提供硫醇配体并作为稳定剂，成功制备出了具有优良的荧光特性、良好的稳定性以及良好生物相容性的荧光金纳米团簇。
3）本发明的方法制备出的金纳米团簇在生物标记方面尤其是核酸特异性检测的DNA探针具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1为实施例1制备的银纳米团簇模板溶液的实物图及其在紫外光（365nm）照射下的图片；
图2为实施例2及实施例3基于置换法和聚集诱导制备的水溶性发光金纳米团簇的实物图及其在紫外光（365nm）照射下的荧光图片；
图3为制备的银纳米团簇模板、金纳米团簇复合物以及荧光金纳米团簇的吸收谱图；
图4为荧光金纳米团簇的荧光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
本发明的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，包括（1）制备银纳米团簇模板溶液，（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇，（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的步骤。
其中，（1）制备银纳米团簇模板溶液的步骤具体为：
步骤一、将硝酸银溶液与团簇保护剂水溶液混合均匀，并向混合物中加入去离子水得到有白色浑浊的溶液，硝酸银溶液的浓度为100mM/L，所用团簇表面活性剂为谷胱甘肽，谷胱甘肽水溶液的浓度为40mM/L；硝酸银溶液、谷胱甘肽水溶液、去离子水的体积比为1:2:1；
步骤二、向步骤一得到的溶液逐滴加入氢氧化钠溶液直至其变为无色澄清，其中，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L；
步骤三、向步骤二得到的溶液中缓慢加入水合肼，并在室温下搅拌得到银纳米团簇模板溶液，水合肼的用量为硝酸银溶液体积的1/5，室温搅拌时间为27h；
步骤四、取步骤三得到的溶液用异丙醇离心清洗三次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的银纳米团簇模板溶液。
（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇的步骤具体为：
步骤一、按上述方法制备出银纳米团簇模板溶液；
步骤二、取步骤一制备的溶液与氯金酸溶液混合，加入去离子水后，在室温下搅拌得到金纳米团簇溶液，氯金酸溶液浓度为25mM/L，银纳米团簇模板溶液、氯金酸溶液、去离子水的体积比为2:1:7，室温搅拌时间为45h；
步骤三、将步骤二所得溶液通过离心去除反应中生成的氯化银沉淀，离心转速为15000转/分钟；
步骤四、将步骤三所得溶液用异丙醇心提纯清洗三次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的金纳米团簇溶液。
（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的步骤具体为：
步骤一、按上述方法制备出金纳米团簇溶液；
步骤二、向步骤一制备的溶液加入乙醇与去离子水，使乙醇-水混合溶剂的极性特性对其进行聚集诱导发光作用，得到具有较强荧光的金纳米团簇，其中，乙醇-水混合溶剂中乙醇体积分数为95%。
下面结合实施例做进一步说明。以下实施例所用的硝酸银、谷胱甘肽、氢氧化钠、水合肼、异丙醇、氯金酸、乙醇等原料均为分析纯试剂。实验过程中所用的玻璃仪器使用前用去离子水润洗三遍后真空干燥。
实施例1 银纳米团簇模板溶液的制备
1）将15mL、100mM/L的硝酸银溶液与30mL、50mM/L的谷胱甘肽水溶液混合均匀，并向混合物中加入15mL去离子水得到有白色浑浊的溶液。向所得混合溶液逐滴加入1mol/L的氢氧化钠溶液直至其变为无色澄清。
2）向所得溶液中缓慢加入3mL水合肼，并在室温下搅拌27h。得到的溶液用异丙醇离心清洗三次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的银纳米团簇模板溶液。
图1为制备的银纳米团簇模板溶液的实物图及其在紫外光（365nm）照射下的图片。从图1中可知，在365nm紫外光下裸眼无法看到银纳米团簇模板有光致发光产生。图3的吸收谱图中可以看出，于室温下反应合成的银纳米团簇吸收光谱于波长约600nm处出现上扬，吸收带约在450-530nm的范围，且光谱中不存在银纳米颗粒的特征等离子体共振吸收带，表明了银纳米团簇的形成。
实施例2 通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应制备金纳米团簇
1）按照实施例1制备出银纳米团簇模板溶液。取8mL银纳米团簇模板溶液与4mL、25mM/L的氯金酸溶液混合，加入28mL去离子水后，在室温下搅拌45h。
2）所得溶液以15000转/分钟离心去除反应中生成的氯化银沉淀。然后用异丙醇心提纯清洗三次后，重新溶于去离子水中，可得提纯的金纳米团簇溶液。
实施例3 用聚集诱导效应制备具有强荧光发射能力的金纳米团簇
按照实施例2制备出金纳米团簇溶液。向溶液中加入乙醇与去离子水，乙醇-水混合溶剂中乙醇体积分数为95%，利用乙醇-水混合溶剂的极性特性对其进行聚集诱导发光作用，得到具有较强荧光的金纳米团簇。
图2为基于置换法和聚集诱导制备的水溶性发光金纳米团簇的实物图及其在紫外光（365nm）照射下的荧光图片。从图中可知，反应后的金纳米团簇溶液有较强荧光产生，且裸眼可见。图3的吸收谱图可以看出，置换后由于金团簇与诱导聚集后的荧光金团簇的形成，其吸收较银纳米团簇出现蓝移。从图4的金纳米团簇的荧光发射光谱中可以看到，95%乙醇体积分数溶剂聚集诱导的金纳米团簇溶液显示了强烈的荧光，荧光峰波长约位于550nm处，为黄色荧光。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：包括（1）制备银纳米团簇模板溶液，（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇，（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的步骤；
其中，制备银纳米团簇模板溶液的步骤为：
（1-1）、将硝酸银溶液与团簇表面活性剂的水溶液混合均匀，并向混合物中加入去离子水得到有白色浑浊的溶液；
（1-2）、向步骤（1-1）得到的溶液逐滴加入氢氧化钠溶液直至其变为无色澄清，其中，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L；
（1-3）、向步骤（1-2）得到的溶液中加入水合肼，并在室温下搅拌得到银纳米团簇模板溶液；
（1-4）、取步骤（1-3）得到的溶液用异丙醇离心清洗3～4次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的银纳米团簇模板溶液；
步骤（2）通过银纳米团簇模板溶液与氯金酸发生置换反应得到金纳米团簇的步骤具体为：
（2-1）取步骤（1-4）得到的银纳米团簇模板溶液与氯金酸溶液混合，加入去离子水后，在室温下搅拌得到金纳米团簇溶液；
（2-2）将步骤（2-1）所得溶液通过离心去除反应中生成的氯化银沉淀；
（2-3）将步骤（2-2）所得溶液用异丙醇心提纯清洗三次后，重新溶于去离子水中，得到提纯的金纳米团簇溶液。
2.如权利要求1所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：步骤（1-1）中，所述硝酸银溶液的浓度为100mM/L，所用团簇表面活性剂为谷胱甘肽，谷胱甘肽水溶液的浓度为40mM/L；硝酸银溶液、谷胱甘肽水溶液、去离子水的体积比为1:2:1。
3.如权利要求1所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：步骤（1-3）中，所述水合肼的用量为硝酸银溶液体积的1/5，室温搅拌时间为27h。
4.如权利要求1所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：步骤（2-1）中，氯金酸溶液浓度为25mM/L，银纳米团簇模板溶液、氯金酸溶液、去离子水的体积比为2:1:7；室温搅拌时间为45h。
5.如权利要求1所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：步骤（2-2）中，离心的转速为15000转/分钟。
6.如权利要求1所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：步骤（3）对金纳米团簇进行聚集诱导发光作用的具体步骤是：向步骤（2）得到的金纳米团簇溶液中加入乙醇与去离子水，使乙醇-水混合溶剂的极性特性对其进行聚集诱导发光作用，得到具有较强荧光的金纳米团簇。
7.如权利要求6所述的基于置换法和聚集诱导的水溶性发光金纳米团簇的制备方法，其特征在于：所述的乙醇-水混合溶剂中乙醇体积分数为95%。
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