CN108372312B

CN108372312B - 一种绿色荧光银纳米团簇及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN108372312B
Application number: CN201810244736.1A
Authority: CN
Inventors: 张彦; 牛琴琴; 高鹏飞; 张国梅; 双少敏; 董川
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: CN108372312A

Abstract

本发明属于荧光纳米材料技术领域，提供一种操作简单、条件温和、量子产率高的绿色荧光银纳米团簇及其制备方法；所制备的绿色荧光银纳米团簇合成方法简单，可避免生物体自身荧光的干扰，对四环素具有高灵敏度，可用于构建检测四环素的传感体系。室温下以组氨酸为保护剂和还原剂，硝酸银溶液作为基体通过一锅法制备而成荧光银纳米团簇溶液。避免了常用的还原剂硼氢化钠、抗坏血酸及表面活性剂等的加入，该制备方法操作简单易行、条件温和、环境友好；而且制备的银纳米团簇水溶性好、量子产率高、毒性低，可应用于高灵敏、高选择性的识别检测四环素，且检测过程简便、快速，检测结果准确。

Description

一种绿色荧光银纳米团簇及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于荧光纳米材料技术领域，具体涉及一种绿色荧光银纳米团簇及其制备方法与应用，特别是在四环素检测中的应用。

背景技术

四环素是由放线菌产生的一种广谱抑菌抗生素，自1948年问世以来，因其成本低、抗生抗炎效果好，已被广泛应用于临床上治疗非感染性疾病。此外，四环素作为抗生素和生长促进剂，已被大量用作兽药或饲料添加剂，预防和治疗细菌感染或促进家畜生长。但是，滥用四环素可以产生细菌耐药性，也可能引起人体严重肝损伤、肾损伤、牙齿变黄、过敏反应和头晕、恶心、呕吐等副作用。而且，四环素的广泛使用已经导致动物体内及动物性食品中抗生素的积累，通过食物链传递给人类及其他动物，对人类健康及生物的生存造成了潜在的危害。

目前，常用的检测四环素的方法包括高效液相色谱、免疫分析、化学发光、毛细管电泳、质谱法、微生物分析、拉曼光谱、比色分析等。然而，这些方法大部分费时、成本高、仪器昂贵、操作复杂，低灵敏度和低选择性，对去除环境中抗生素污染物已经没多大意义了。所以建立一种新型操作简单、经济高效的方法来高灵敏的检测四环素的体系，对预防抗生素耐药菌的传播是非常重要的，对人类健康和生态文明也有非常重要的意义。

近年来，荧光检测法由于操作简单、灵敏度高、可实时检测、对样品基本无损伤、信号响应时间快而受到科学界的广泛关注。而且，金属纳米材料由于具有高荧光强度、高稳定性、良好水溶性、易于修饰及抗光漂白能力强等优点，在荧光检测技术中已作为荧光探针来实现传感性能。目前，银纳米团簇逐渐成为金属纳米材料中重要的研究部分，并广泛用于化学分析、生物传感、细胞成像、催化等研究领域。但是，大多数银纳米团簇在制备过程需加入硼氢化钠、抗坏血酸等还原剂，或者紫外线照射还原，有的方法在制备过程中还加入了表面活性剂、氢氧化钠等化学试剂，且大部分报道的银纳米团簇在紫外光激发下发射蓝光。因此，用一种生物分子既做还原剂又做保护剂，合成荧光银纳米簇，可以简化合成步骤及后处理过程，避免一些生物体自身荧光的干扰，在环境检测和生物检测方面具有潜在的应用价值，尤其是用于检测四环素。

发明内容

本发明目的是提供一种操作简单、条件温和、量子产率高的绿色荧光银纳米团簇及其制备方法；所制备的绿色荧光银纳米团簇合成方法简单，可避免生物体自身荧光的干扰，对四环素具有高灵敏度，可用于构建检测四环素的传感体系。

本发明采用的技术方案是：一种绿色荧光银纳米团簇，所述荧光银纳米团簇是室温下以组氨酸为保护剂和还原剂，硝酸银溶液作为基体通过一锅法制备而成荧光银纳米团簇溶液。

制备所述的绿色荧光银纳米团簇的方法，具体步骤为：以体积份数计，室温下将1份浓度为2-20 mmol/L硝酸银溶液和1-10份浓度为0.05-0.25 mol/L组氨酸水溶液混合，磁力搅拌2-48 h，反应混合物以10000 rpm离心10 min，得到绿色荧光银纳米团簇溶液。

所述硝酸银溶液和组氨酸水溶液的体积份数比优选为1:8。所述硝酸银溶液的浓度优选为10mmol/l，所述组氨酸水溶液的浓度优选为0.1mol/l。硝酸银溶液与组氨酸水溶液混合后磁力搅拌优选24 h。

所述的绿色荧光银纳米团簇在检测四环素中的应用，检测方法为：荧光银纳米团簇溶液液100μL和pH为7浓度为0.01 mol/L的磷酸缓冲液1 mL加入到荧光比色皿中，加入不同浓度的四环素标准溶液，以390 nm为激发波长，测定其荧光光谱，获得荧光强度与四环素浓度的线性关系，然后加入待检测样品，通过荧光强度的变化定量检测待测样品中四环素的浓度。

与现有技术相比，本发明的优点在于:（1）本发明采用“一锅法”一步合成水溶性良好的绿色荧光银纳米团簇，体系操作简单、反应条件温和、对环境友好，具有良好的重复性。（2）采取天然生物分子组氨酸为还原剂及配体保护剂，绿色环保、成本低廉，避免了常用的还原剂硼氢化钠、抗坏血酸及表面活性剂等化学试剂的加入。（3）制备的绿色荧光银纳米团簇平均粒径为1.8 nm，尺寸小，粒径分布均匀，具有良好的抗光漂白性。（4）制备的绿色荧光银纳米团簇对四环素具有高灵敏度，可将其用于构建检测四环素的化学传感体系，且检测手段简单，检测结果准确。

附图说明

图1为实施例3荧光银纳米团簇（His@AgNCs）的透射电子显微镜图；图2为实施例3荧光银纳米团簇（His@AgNCs）的紫外、荧光光谱图，图a为紫外-可见吸收光谱图，图b和c分别为荧光激发和发射光谱图；图3为实施例3荧光银纳米团簇（His@AgNCs）的抗光漂白性图；图4为实施例3荧光银纳米团簇（His@AgNCs）对四环素（Tet）响应的工作曲线，图中：A为加入不同浓度四环素后荧光银纳米团簇的荧光光谱图；B和C分别为银纳米团簇溶液的荧光强度取对数的变化值与四环素浓度取对数的变化值之间的两段线性关系，其线性范围分别为4.35×10^-10- 4.08×10^-6 mol/L（图4B）和1.18×10^-5- 1.13×10^-4 mol/L（图4C）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明是以组氨酸为配体，在室温下，通过“一锅法”将硝酸银还原，制备得荧光银纳米团簇溶液，并用于四环素的检测。下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明。

实施例1：将1 mL 2 mmol/L硝酸银溶液和1 mL 0.05 mol/L组氨酸水溶液混合摇匀，用磁力搅拌器持续搅拌12 h。然后，将反应混合物以10000 rpm离心10min，取上清液，得到荧光银纳米团簇。该银纳米团簇的荧光发射峰在480 nm左右，在紫外灯下，以黑色背景观察时，呈现绿色荧光，量子产率为4.2 %。

实施例2：将1 mL 8 mmol/L硝酸银溶液和5 mL 0.25 mol/L组氨酸水溶液混合摇匀，用磁力搅拌器持续搅拌48 h。然后，将反应混合物以10,000 rpm离心10min，获取上清液，得到荧光银纳米团簇。该银纳米团簇的荧光发射峰在480 nm左右，在紫外灯下，以黑色背景观察时，呈现绿色荧光，量子产率为4.5 %。

实施例3：将1 mL 10 mmol/L硝酸银溶液和8 mL 0.1 mol/L组氨酸水溶液混合摇匀，用磁力搅拌器持续搅拌24 h，然后，将反应混合物以10,000 rpm离心10min，获取上清液，得到荧光银纳米团簇溶液。

将该银纳米团簇水溶液，滴于附有碳膜的铜网上，真空干燥后进行测试，测得荧光银纳米团簇的平均粒径为1.8 nm，粒径分布均匀，如图1所示。把银纳米团簇储备液 (100μL) 和1mL的磷酸缓冲液(PBS, pH=7, 0.01 mol/L) 一起加入到荧光比色皿中，测定其紫外吸收光谱及荧光激发和发射光谱，如图2所示，该银纳米团簇的最大荧光激发峰和发射峰分别在390 nm和 490 nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现绿色荧光，量子产率为5.9%。考察该银纳米团簇的抗光漂白性，在荧光光谱仪中以390 nm为激发波长，检测其60分钟内在490 nm处的发光强度稳定性，如图3所示，60分钟后荧光强度值基本保持不变，说明该银纳米团簇具有良好的抗光漂白性。

实施例4：将1 mL 20 mmol/L硝酸银溶液和10 mL 0.2 mol/L组氨酸水溶液混合摇匀，用磁力搅拌器持续搅拌2 h。然后，将反应混合物以10000 rpm离心10 min，获取上清液，得到荧光银纳米团簇溶液。该银纳米团簇的荧光发射峰在490 nm附近，在紫外灯下，以黑色背景观察时，呈现绿色荧光，量子产率为5.3 %。

对比例1：将1 mL 10 mmol/L硝酸银水溶液与3 mL 0.1 mol/L的组氨酸水溶液混合，在室温下搅拌10 min后，将50 μL 1 mol/L NaOH溶液加入反应混合物中，随后用紫外线在254 nm下照射60 min。然后，将反应混合物以12,000 rpm离心30 min，获取上清液，得到荧光银纳米团簇溶液。该银纳米团簇的荧光发射峰在450 nm附近，在紫外灯下，以黑色背景观察时，呈现蓝色荧光，量子产率为1.5 %。

对比例2：将1 mL 10 mmol/L硝酸银水溶液与1 mL 0.1 mol/L的组氨酸水溶液混合，再加入8 mL二次水，30 min后，将1 mL 0.1 mol/L抗坏血酸加入上述混合液中，35 ^oC下持续搅拌6 h，然后，将反应混合物以12,000 rpm离心10 min，获取上清液，得到荧光银纳米团簇溶液。该银纳米团簇的荧光发射峰在450 nm附近，在紫外灯下，以黑色背景观察时，呈现蓝色荧光，量子产率为2.3 %。

对比例3：向1mL 0.01mol/L的硝酸银水溶液中滴加1 mL 0.05 mol/L的组氨酸水溶液，然后向混合液中逐滴加入60 mL 0.01mol/L的NaBH₄溶液，使用磁力搅拌器搅拌24 h，然后，将反应混合物以12,000 rpm离心20 min，获取上清液，得到荧光银纳米粒子溶液。该银纳米粒子荧光发射峰在400 nm附近，量子产率为0.8 %。

对比例1-3作为对比实施例，分别为紫外线照射还原、抗坏血酸和NaBH₄作还原剂还原硝酸银制备所得的银纳米团簇，与实施例3进行对比，对比结果如表1。如表1所示，实施例3与对比例1-3采用的银前驱体和保护剂均为硝酸银和组氨酸，实施例3不加入任何其它还原剂，而对比例1采用的是254 nm紫外线照射还原法，对比例2采用的是抗坏血酸作还原剂，对比例3采用的是NaBH₄作还原剂，其中对比例2还需加入NaOH试剂。从对比结果来看，实施例3的荧光量子产率为5.9%，而对比例1-3的荧光量子产率分别为1.5%，2.3%，0.8%，实施例3的荧光量子产率是对比例1-3的2-7倍。

表1

实施例5：将实施例3制备的荧光银纳米团簇（His@AgNCs）储备液 (100μL) 和1 mL的磷酸缓冲液(PBS, pH=7, 0.01 mol/L) 一起加入到荧光比色皿中，分别加入不同浓度的四环素标准溶液，以390 nm为激发波长，测定其荧光光谱。如图4 A所示，随着四环素 (Tet)标准溶液浓度的增大，荧光银纳米团簇的荧光逐渐被猝灭；如图4 B和图4 C所示，取对数后的荧光强度变化值与四环素取对数后的浓度呈线性关系（两段线性），图中荧光强度的变化以log(F₀-F)表示，其中F₀和F₁分别表示四环素不存在和存在下银纳米团簇的荧光强度，其线性范围分别为4.35×10^-10- 4.08×10^-6 mol/L（Y = 4.8716 - 0.0246 X，线性系数R² =0.999）和1.18×10^-5- 1.13×10^-4 mol/L（Y = 6.0474 - 0.9302X，线性系数R²= 0.999）,四环素的检测限为6.41×10^-11mol/L。该荧光银纳米团簇可应用于牛奶、四环素片、饲料等中四环素含量的检测。

Claims

1.一种制备绿色荧光银纳米团簇的方法，其特征在于：所述荧光银纳米团簇是室温下以组氨酸为保护剂和还原剂，硝酸银溶液作为基体通过一锅法制备而成荧光银纳米团簇溶液；

具体步骤为：以体积份数计，室温下将体积份数为1份浓度为10 mmol/L硝酸银溶液和体积份数为8份浓度为0.1mol/L组氨酸水溶液混合，磁力搅拌24h，反应混合物以10000 rpm离心10 min，得到绿色荧光银纳米团簇溶液。

2.权利要求1所述的绿色荧光银纳米团簇在检测四环素中的应用，其特征在于：检测方法为：荧光银纳米团簇溶液100 μL和pH为7浓度为0.01 mol/L的磷酸缓冲液1 mL加入到荧光比色皿中，加入不同浓度的四环素标准溶液，以390 nm为激发波长，测定其荧光光谱，获得荧光强度与四环素浓度的线性关系，然后加入待检测样品，通过荧光强度的变化定量检测待测样品中四环素的浓度。