CN105772742B - 一种荧光金纳米团簇的制备方法和应用 - Google Patents

一种荧光金纳米团簇的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种荧光金纳米团簇的制备方法和应用，属于荧光纳米材料领域。是将1‑8份浓度为5‑500mmol/L的2‑巯基‑5‑苯并咪唑磺酸钠水溶液和1‑5份浓度为5‑500mmol/L氯金酸水溶液混合搅拌1‑30分钟，再加入体积份数1‑5份的0.1‑1mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌10‑50分钟，干燥后得到荧光金纳米团簇。本发明方法简单、条件温和、一步完成。该金纳米团簇Stocks位移值大，荧光寿命长，量子产率高，稳定性好，可应用于汞离子的检测和细胞成像。

Description

一种荧光金纳米团簇的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及荧光纳米材料，特别涉及一种荧光金纳米团簇的制备方法和应用。
背景技术
重金属污染对生态环境的危害日益加剧，重金属中毒的现象屡见不鲜，各种重金属正毒害着人类的身心，尤其是汞的危害不容忽视。汞俗称水银，化学性质稳定，不溶于酸也不溶于碱。汞的用途很广泛，常用于制造科学测量仪器、药物、催化剂、汞蒸气灯等。汞容易与血液中的脂质结合，被氧化成Hg2+，并与蛋白质结合而蓄积，很难再被释放。金属汞在胃肠道几乎不吸收，汞离子易与巯基结合，使与巯基有关的细胞色素氧化酶、丙酮酸激酶、琥珀酸脱氢酶等失去活性，最终导致细胞变性和坏死。因此，准确检测汞离子对有效诊断某些疾病显得非常重要。目前，科学的检测汞的方法有多种，例如：原子荧光光谱分析法，冷原子吸收光谱法，二硫腙比色法，甲基汞测定，气相色谱法等。但大多数方法成本高，耗时长。荧光分析法具有灵敏度高、可实时检测、对样品基本无损伤等优点而具有广阔的应用前景。此外，生命科学的迅速发展还要求人们从单细胞和单分子水平上原位、活体、实时地了解物质之间的相互作用以及生命的过程。近年来新兴的单分子光学成像技术以其高的灵敏度和分辨率正好适应这一发展的要求。理想的光学探针应该具有信号强、稳定，不易发生光漂白、能够与宿主分子可控结合和化学惰性等特点。由于纳米材料具有独特的性质，如良好的生物相容性、长期稳定性、容易修饰以及良好的光学可调性等优点，因此将荧光纳米材料应用于细胞成像的研究受到了广泛的关注。
目前，研究者们已发展了许多制备金纳米团簇的方法，其中最典型的是1994年Brust提出的创始性方法，通常采用强还原剂硼氢化钠将金盐还原制备金纳米团簇。此外，一些温和的还原剂如四(羟甲基)氯化鏻被用来制备金纳米团簇。近年来，由于一锅法可避免其它还原剂及表面活性剂的加入，只需配体和金盐“一锅”反应即可制得金纳米团簇，而备受广大科研工作者的关注。自身具有还原性的化合物如N,N'-二甲基甲酰胺、2,3-二巯基琥珀酸、N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸、2-(N-吗啉基)乙磺酸及树枝状分子等已被用来制备金纳米团簇。但是这些制备方法仍存在一些缺点如步骤繁多、或需要较长的反应时间、高温的反应条件，或制备所得的金纳米团簇光学性能差等。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种反应条件简单、量子产率高的荧光金纳米团簇的制备方法；所制备的荧光金纳米团簇可在汞离子的检测中应用。
为解决以上技术问题，本发明采用的方案是：
一种荧光金纳米团簇的制备方法，包括步骤：按体积分数，将1-8份浓度为5-500mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和1-5份浓度为5-500mmol/L氯金酸水溶液混合，搅拌1-30分钟，再加入1-5份的0.1-1mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌10-50分钟，干燥后得到荧光金纳米团簇。
作为优选的技术方案，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和氯金酸水溶液的浓度均为100mmol/L。
作为优选的技术方案，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和氯金酸水溶液的体积分数比为3:2。
作为优选的技术方案，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5mol/L。
作为优选的技术方案，氢氧化钠水溶液的体积分数为2份。
所制备的荧光金纳米团簇可在汞离子的检测中应用。将含汞离子的待测液体加入到所述的荧光金纳米团簇配制成水溶液中，以360nm为激发波长，测定其荧光光谱，荧光强度的变化与汞离子的浓度呈线性关系，由此得到汞离子浓度，其中，荧光强度的变化以log(F0/F1)表示，其中F0和F1分别表示汞离子不存在和存在下金纳米团簇的荧光强度。检测限为5×10-10mol/L。
所制备的荧光金纳米团簇也可在细胞成像中应用。将所述的荧光金纳米团簇配制成水溶液，取所述的荧光金纳米团簇水溶液加入含有贴壁细胞的培养基，置于37℃的5％CO2培养箱中孵育2h后，用pH 7.4的磷酸盐缓冲液清洗除去培养基中过量的未进入细胞的金纳米团簇溶液，将细胞固定后在激光共聚焦显微镜下，通过线性扫描进行荧光成像。
与现有技术相比本发明的有益效果：本发明采用2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠、氯金酸、氢氧化钠三种试剂，“一锅法”制备出水溶性橙红色荧光金纳米团簇，方法简单、条件温和、一步完成。所制备的荧光金纳米团簇对汞离子有高选择性和灵敏性；金纳米团簇为水相合成，具有良好的生物相容性；在紫外灯下，呈现强烈的橙红色荧光；具有良好的光稳定性，室温下可保存12个月以上；具有大的Stocks位移，高亮度及不闪烁的特征，不仅可用于汞离子的检测、细胞成像，还可作为较好的荧光探针用于单分子检测等领域。
附图说明
图1实施例1荧光金纳米团簇的透射电子显微镜图。
图2实施例1荧光金纳米团簇的紫外吸收光谱及荧光激发和发射光谱图。
图3实施例1荧光金纳米团簇对汞离子响应的工作曲线。
图4实施例1荧光金纳米团簇的细胞成像图。
具体实施方式
实施例1
将3mL 100mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和2mL 100mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌10min，再加入2mL 0.5mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌20min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为8.6％，荧光寿命为8.99μs。
实施例2
将1mL 500mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和1mL 500mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌1min，再加入1mL 1mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌50min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为3.8％。
实施例3
将8mL 5mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和5mL 5mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌30min，再加入5mL 0.1mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌10min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为4.5％。
实施例4
将5mL 300mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和5mL 200mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌20min，再加入3mL 0.2mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌30min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为7.1％，荧光寿命为8.72μs。
实施例5
将7mL 50mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和4mL 50mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌5min，再加入4mL 0.1mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌40min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为6.9％。
实施例6
将6mL 200mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和3mL 300mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌10min，再加入2mL 0.7mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌20min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为5.0％。
实施例7
将2mL 400mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和1mL 400mmol/L氯金酸水溶液相混合搅拌20min，再加入1mL 0.9mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌30min，干燥后得到荧光金纳米团簇。该荧光金纳米团簇的荧光发射峰在630nm左右，呈现强烈的橙红色荧光，Stocks位移为270nm，量子产率为4.4％。
实施例8
将实施例1制备的荧光金纳米团簇配置成10μg/mL的水溶液，分别加入不同浓度的汞离子，以360nm为激发波长，测定其荧光光谱。随着汞离子浓度的增大，金纳米团簇的荧光逐渐被猝灭，如图3所示，荧光强度的变化与汞离子的浓度呈线性关系，如图3插图所示，图中荧光强度的变化以log(F0/F1)表示，其中F0和F1分别表示汞离子不存在和存在下金纳米团簇的荧光强度，汞离子的检测限为5×10-10mol/L。
该荧光金纳米团簇可应用于各种水域如湖水、自来水、河水中汞离子的检测。
实施例9
将实施例1制备的荧光金纳米团簇配置成0.2mg/mL的水溶液，取上述50μL荧光金纳米团簇溶液加入含有贴壁细胞(膀胱癌细胞)的培养基，置于37℃的5％CO2培养箱中孵育2h后，用磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.4)轻轻清洗三次，以除去培养基中过量的未进入细胞的金纳米团簇溶液。将细胞固定后在奥林巴斯FV1000激光共聚焦显微镜下，通过线性扫描进行荧光成像(40倍物镜)，如图4，金纳米团簇在共聚焦荧光成像仪下显示强的橙红色荧光。荧光金纳米团簇具有很好的细胞膜穿透性，可应用细胞成像。

Claims (3)

1.一种荧光金纳米团簇的制备方法，步骤为：按体积份 数，将3份浓度为100mmol/L的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠水溶液和2份浓度为100mmol/L氯金酸水溶液混合，搅拌1-30分钟，再加入2份的0.5mol/L氢氧化钠水溶液，继续搅拌10-50分钟，干燥后得到荧光金纳米团簇。
2.如权利要求1所述方法制备的荧光金纳米团簇在汞离子检测中的应用。
3.如权利要求1所述方法制备的荧光金纳米团簇在细胞成像中的应用。
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