CN113201327A - 一种金-银合金纳米团簇及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金‑银合金纳米团簇及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。该金‑银合金纳米团簇的制备方法，包括：将胰蛋白酶溶液、HAuCl4水溶液和AgNO3溶液混合得到混合液，之后调节所述混合液的pH值至12.0‑13.0，并通过微波辐射得到所述金‑银合金纳米团簇。本发明还包括上述方法制备得到的金‑银合金纳米团簇在检测镍离子或者青霉胺中的应用。本发明通过较短的时间合成能够同时检测镍离子或者青霉胺的金‑银合金纳米团簇。

Description

一种金-银合金纳米团簇及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种金-银合金纳米团簇及其制备方法和应用。
背景技术
重金属离子和一些生物小分子的含量与人类健康息息相关。重金属离子如镍离子(Ni2+)是对人类和环境有潜在危害的金属离子。镍离子广泛应用于硬币和珠宝制造、电池生产、电镀工程等行业。人类一旦暴露于高剂量的镍离子溶液中，就可能导致疾病的发生，如皮炎、过敏甚至致癌。因此，镍离子也成为环境监测的重要指标之一，如世界卫生组织和美国环境保护署确定了水中镍的最大限度分别为0.07ppm和0.04ppm。
D-青霉胺(D-PA)是治疗多种病理的首选药物，如类风湿性关节炎、原发性胆汁性肝硬化、肺纤维化疾病等。它也是一些重金属中毒的解毒剂。所以对这些物质进行实时监测和可靠分析对于食品安全、环境保护、疾病预防及临床诊断都具有十分重要的意义。而目前常用的检测方法如毛细管电泳法、电化学法等，对设备的要求较高，且操作复杂，分析时间长。因此，开发快速、灵敏且准确的分析方法就显得尤为重要。
近年来，纳米材料和荧光探针的出现和应用为这一方法提供了新的思路。高荧光的贵金属纳米团簇(典型的Au NCs和Ag NCs)因其超小的尺寸、固有的荧光特性和良好的生物相容性，已被开发用于各种分析物的灵敏和选择性的传感系统。相对于金纳米团簇，银纳米团簇通常具有较低的光稳定性和热稳定性，但具有较高的荧光量子产率。但目前合成双金属纳米团簇用于检测重金属离子和生物小分子是一大难题，而且合成过程需要较长的时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种金-银合金纳米团簇及其制备方法和应用，解决现有技术中如何通过较短的时间合成能够同时检测镍离子和D-青霉胺的双金属纳米团簇技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种金-银合金纳米团簇及其制备方法和应用。
本发明提出一种金-银合金纳米团簇的制备方法，包括以下步骤：
将胰蛋白酶溶液、HAuCl4水溶液和AgNO3溶液混合得到混合液，之后调节所述混合液的pH值至12.0-13.0，并通过微波辐射得到所述金-银合金纳米团簇。
进一步地，所述微波辐射的功率为80-90W。
进一步地，所述微波辐射的时间为3-6min。
进一步地，所述微波辐射的程序为：1-2min辐照和1-2min暂停，再循环1-2次。
进一步地，通过氢氧化钠溶液调节所述混合液的pH值至12.0-13.0。
进一步地，将所述胰蛋白酶溶液、所述HAuCl4水溶液和所述AgNO3溶液在25-30℃下搅拌2-3min混合得到所述混合液。
进一步地，所述HAuCl4水溶液的浓度为10-15mmol/L，所述AgNO3溶液的浓度为10-15mmol/L，所述胰蛋白酶溶液的浓度为50-60mg/mL。
进一步地，所述HAuCl4水溶液、所述AgNO3溶液和所述胰蛋白酶溶液混合的体积用量比为(0.8～1):(0～0.2):1。
本发明还提出一种上述制备方法制备得到的金-银合金纳米团簇。
本发明还包括上述金-银合金纳米团簇在检测镍离子或者青霉胺中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出的金-银合金纳米团簇的制备方法，以胰蛋白酶同时作为还原剂和稳定剂，与HAuCl4水溶液和AgNO3溶液得到混合液，在微波辐照下反应3-6min即可制得具有强橙红色荧光的金-银合金纳米团簇。该制备方法操作简单、反应迅速，与37℃水浴相比，微波辅助法大大缩短了反应时间；同时，使金簇的荧光强度相对于水热法增强了约1.5倍。此外，相比较单金纳米团簇Try-Au NCs，合金纳米团簇Try-AgAu NCs具有更高的荧光强度和更好的检测灵敏度，合金纳米团簇Try-AgAu NCs的荧光强度是单金纳米团簇Try-Au NCs的1.3倍，该合金纳米团簇能够检测Ni2+和青霉胺，而且制备时间短，只需要3-6min，从而实现了通过较短的时间合成能够同时检测镍离子和青霉胺的金-银合金纳米团簇。
附图说明
图1是本发明制备的Try-AgAu NCs及其检测Ni2+和D-PA的机理示意图。
图2a是本发明实施例1中制备的Try-AgAu NCs的紫外-可见吸收光谱图和荧光光谱图。
图2b是本发明实施例1中Try-AgAu NCs的透射电子显微镜图。
图3a是本发明实施例2加入不同浓度Ni2+，荧光Try-AgAu NCs溶液的荧光光谱图。
图3b是添加不同浓度Ni2+后Try-AgAu NCs溶液的工作曲线。
图4是添加不同浓度D-PA后Try-AgAu NCs溶液的工作曲线。
图5是本发明应用例1Try-AgAu NCs溶液中分别加入Ni2+和其他离子后溶液荧光猝灭百分率对比图。
图6是本发明应用例2Try-AgAu NCs溶液中分别加入D-PA和其他类似物后溶液荧光猝灭百分率对比图。
图7是本发明对比例1制备的Try-Au NCs溶液的荧光光谱图。
具体实施方式
本具体实施方式提出一种金-银合金纳米团簇的制备方法，包括以下步骤：
将胰蛋白酶溶液、HAuCl4水溶液和AgNO3溶液在25-30℃下搅拌2-3min混合得到混合液，之后通过氢氧化钠溶液调节所述混合液的pH值至12.0-13.0，并通过微波辐射在功率为80-90W的条件下辐射3-6min得到所述金-银合金纳米团簇；其中，辐射程序为：1-2min辐照和1-2min暂停，再循环1-2次；所述所述HAuCl4水溶液的浓度为10-15mmol/L，所述AgNO3溶液的浓度为10-15mmol/L，所述胰蛋白酶溶液的浓度为50-60mg/mL，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-2mmol/L；所述HAuCl4水溶液、所述AgNO3溶液和所述胰蛋白酶溶液混合的体积用量比为(0.8～1):(0～0.2):1。
本具体实施方式还包括上述制备方法制备得到的金-银合金纳米团簇。
本具体实施方式还包括上述制备方法制备得到的金-银合金纳米团簇或者上述金-银合金纳米团簇在检测镍离子或者青霉胺中的应用。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，以下实施例中，如无具体说明，所述药品均为市售分析纯。
实施例1
一种金-银合金纳米团簇，由以下步骤制得：
在1.0mL胰蛋白酶溶液(50mg/mL)中快速加入HAuCl4溶液(0.85mL,10mM)和AgNO3溶液(0.15mL,10mM)，室温(25℃)下剧烈搅拌2min。然后向混合物中缓慢加入150μL NaOH溶液(1M)调节pH值至12.0，继续搅拌2min。随后，将所得混合物以80W微波间歇辐照3min。微波程序包括1.0min辐照和1.0min暂停，再循环两次。混合溶液颜色由浅黄色变为浅棕色，并在紫外光照射下显示出强烈的橙红色荧光，表明金-银合金纳米团簇(Try-AgAu NCs)的形成。纯化后于4℃避光保存。
图2a为合成得到的Try-AgAu NCs的紫外-可见吸收光谱图和荧光光谱图；由紫外-可见吸收光谱图可知，溶液在520nm处没有吸收峰，表明合成了小尺寸纳米团簇；由荧光光谱图可知，Try-AgAu NCs的最大激发波长为428nm，最大发射波长在614nm。图2b为Try-AgAuNCs的透射电子显微镜(TEM)图。从图中可以看到，Try-AgAu NCs分散均匀，大致呈球状，统计分析可知Try-AgAu NCs的平均粒径约为1.89nm。
实施例2
一种金-银合金纳米团簇，由以下步骤制得：
在1.0mL胰蛋白酶溶液(60mg/mL)中快速加入HAuCl4溶液(0.85mL,15mM)和AgNO3溶液(0.15mL,15mM)，30℃下剧烈搅拌3min。然后向混合物中缓慢加入140μL NaOH溶液(2M)调节pH值至13.0，继续搅拌2min；随后，将所得混合物以80W微波间歇辐照6min；微波程序包括2.0min辐照和1.0min暂停，再循环两次；混合溶液颜色由浅黄色变为浅棕色，并在紫外光照射下显示出强烈的橙红色荧光，表明金-银合金纳米团簇(Try-AgAu NCs)的形成。纯化后于4℃避光保存。
实施例3
一种金-银合金纳米团簇，由以下步骤制得：
在1.0mL胰蛋白酶溶液(55mg/mL)中快速加入HAuCl4溶液(0.9mL,12mM)和AgNO3溶液(0.2mL,12mM)，室温(25℃)下剧烈搅拌2min。然后向混合物中缓慢加入130μL NaOH溶液(1.5M)调节pH值至12.0，继续搅拌2min。随后，将所得混合物以80W微波间歇辐照3min。微波程序包括1.0min辐照和1.0min暂停，再循环两次。混合溶液颜色由浅黄色变为浅棕色，并在紫外光照射下显示出强烈的橙红色荧光，表明金-银合金纳米团簇(Try-AgAu NCs)的形成。纯化后于4℃避光保存。
实施例4
一种金-银合金纳米团簇，由以下步骤制得：
在1.0mL胰蛋白酶溶液(50mg/mL)中快速加入HAuCl4溶液(0.85mL,10mM)和AgNO3溶液(0.15mL,10mM)，室温(25℃)下剧烈搅拌2min。然后向混合物中缓慢加入150μLNaOH溶液(1M)调节pH值至12.0，继续搅拌2min。随后，将所得混合物以80W微波间歇辐照3min。微波程序包括2.0min辐照和1.0min暂停，再循环一次。混合溶液颜色由浅黄色变为浅棕色，并在紫外光照射下显示出强烈的橙红色荧光，表明金-银合金纳米团簇(Try-AgAu NCs)的形成。纯化后于4℃避光保存。
应用例1
实施例1制得的金-银合金纳米团簇用于定量检测镍离子，具体步骤如下：
(1)标准曲线的建立：
配制10mM磷酸盐缓冲液(PBS，pH＝6.5)用于Ni2+的检测体系。在1.5mL离心管中，加入100μL Try-AgAu NCs溶液和400μL 0-50μM不同浓度的Ni2+溶液(均用pH 6.5,10mM PBS配制)，混合均匀后，将混合溶液置于37℃摇床中孵育5min。随后，用QE 6500荧光光谱仪进行测试，激发波长为380nm，发射波长为601nm。以Ni2+浓度为横坐标，荧光猝灭百分率(F0-F)/F0％为纵坐标绘制标准曲线；
F0和F分别为Try-AgAu NCs在无分析物和存在分析物时的荧光强度。
从图3a中我们可以看到，随着Ni2+浓度由0增加到50μM，荧光猝灭百分率(F0-F)/F0％逐渐增大；从图3b可以看出，在1-50μM范围内荧光猝灭百分率与Ni2+浓度呈良好的线性关系。线性回归方程为y＝0.5362x+13.84，相关系数(R2)为0.994，检测限为0.068μM。
(2)样品中Ni2+的测定：
将等体积处理好的实际样品代替Ni2+标准品溶液，按步骤(1)的操作，将测到的荧光猝灭百分率(F0-F)/F0％代入所述步骤(1)得到的标准曲线，以得到样品中Ni2+浓度。
具体步骤如下：
在过滤的自来水中分别加入浓度为5μM、10μM和20μM的Ni2+，分别制成Ni2+浓度为5μM、10μM和20μM的待测水样，按照步骤(1)进行操作。按公式回收率(％)＝(测量值/加入量)×100％来计算其加标回收率。结果如表1所示。Ni2+的回收率在91.7-106％之间，相对标准偏差(RSD)低于4.08％。上述结果表明该方法可以实现自来水中Ni2+的检测，且具有良好的准确性和重现性。
表1自来水中Ni2+的检测结果
Figure BDA0003041360880000071
将0-50μM不同浓度的Ni2+溶液与Try-AgAu NCs溶液混合，之后测得荧光光谱图。
应用例2
实施例1制得的荧光金-银合金纳米团簇用于定量检测青霉胺(D-PA)：
参照应用例1中步骤(1)的操作，将0-50μM不同浓度的青霉胺溶液与Try-AgAu NCs溶液混合，之后测得荧光光谱图，结果如图4所示。从图4可以看出，随着加入D-PA浓度的增大，溶液的荧光逐渐增强，且荧光增强百分率在0.8-50μM范围内与D-PA浓度呈良好的线性关系。线性回归方程为y＝1.560x+15.82，相关系数(R2)为0.992，检测限为0.023μM。
样品中D-PA的测定：
在处理并稀释后的血清样品中分别加入浓度为5μM、10μM和20μM的D-PA，分别制成D-PA浓度为5μM、10μM和20μM的待测血清样品，按照应用例1中步骤(1)进行操作。按公式回收率(％)＝(测量值/加入量)×100％来计算其加标回收率。结果如表2所示，D-PA的回收率在93.4-103.7％之间，相对标准偏差(RSD)低于6.42％。上述结果表明该方法可以实现血清样品中D-PA的检测，且具有良好的准确性和重现性。
表2血清样品中D-PA的检测结果
Figure BDA0003041360880000081
Try-AgAu NCs对Ni2+的选择性
研究Try-AgAu NCs对Ni2+的选择性，我们在相同的条件下测试了其他离子的荧光响应，包括常见的金属离子(Na+、Mg2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Pb2+、K+、Co2+)，阳离子(NH4+)，阴离子(CO3 2-、H2PO4 -)，结果如图5所示。从图5可以看出，其他离子存在时，Try-AgAu NCs的荧光强度变化较小，其荧光猝灭百分率集中在0.3-1.6％之间。而在Ni2+存在的情况下，荧光强度明显下降，荧光猝灭百分率为18.9％，是其他离子存在时的11倍以上。这些结果表明该方法对Ni2+具有很好的选择性。
Try-AgAu NCs对D-PA的选择性
同样，为了验证Try-AgAu NCs对D-PA的选择性，在相同的条件下测试了几种类似物的荧光响应，包括乳糖(Lactose，Lac)、葡萄糖(Glucose，Glu)、抗坏血酸(ascorbicacid,AA)、丝氨酸(Serine，Ser)、赖氨酸(Lysine，Ly)，结果如图6所示。从图6可以看出，AA和Ly存在时，Try-AgAu NCs的荧光强度变化较小。而Lac、Glu和Ser则有轻微的荧光猝灭。而在D-PA存在的情况下，荧光强度明显增强。结果表明，该方法对D-PA具有良好的选择性。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于没有加入硝酸银溶液，具体制备方法如下：
在室温下将1.0mL HAuCl4(10mM)水溶液加入到1.0mL胰蛋白酶溶液(50mg/mL)中，剧烈搅拌2min。然后向混合物中缓慢加入150μL NaOH溶液(1M)，再搅拌2min。随后，将所得混合物在微波炉中以80W微波间歇辐照3min。微波程序包括1.0min辐照和1.0min暂停，再循环两次。混合溶液颜色由浅黄色变为棕色，并在紫外光照射下显示出强烈的红色荧光，表明单金纳米团簇Try-Au NCs的形成。
图7是Try-Au NCs的荧光光谱图。由图7可知，Try-Au NCs的最大激发波长为506nm，最大发射波长在653nm。与实施例1合金Try-AgAu NCs的荧光光谱图对比可知，实施例1制备的合金纳米簇Try-AgAu NCs的荧光发射强度相较于合成的单金属纳米簇Try-AuNCs，增强了约1.3倍，证实了Ag的引入能增强Try-Au NCs的荧光强度。
因此，我们提出了简单微波辅助一锅法合成胰蛋白酶(Try)稳定的金-银纳米团簇。利用微波辅助制得的双金属纳米簇Try-AgAu NCs与单金属纳米簇Try-Au NCs相比，其荧光有所增强。此外，制得的AgAu NCs可同时作为Ni2+和D-PA的荧光传感器，该传感机制是基于Ni2+对AgAu NCs荧光强度的猝灭和D-PA对其荧光强度的增强。该传感器简单、灵敏、成本低且有很好的选择性和灵敏度，已成功应用于实际样品中Ni2+和D-PA的检测，并取得了满意的结果。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金-银合金纳米团簇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将胰蛋白酶溶液、HAuCl4水溶液和AgNO3溶液混合得到混合液，之后调节所述混合液的pH值至12.0-13.0，并通过微波辐射得到所述金-银合金纳米团簇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微波辐射的功率为80-90W。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微波辐射的时间为3-6min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述微波辐射的程序为：1-2min辐照和1-2min暂停，再循环1-2次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过氢氧化钠溶液调节所述混合液的pH值至12.0-13.0。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述胰蛋白酶溶液、所述HAuCl4水溶液和所述AgNO3溶液在25-30℃下搅拌2-3min混合得到所述混合液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述HAuCl4水溶液的浓度为10-15mmol/L，所述AgNO3溶液的浓度为10-15mmol/L，所述胰蛋白酶溶液的浓度为20-60mg/mL。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述HAuCl4水溶液、所述AgNO3溶液和所述胰蛋白酶溶液混合的体积用量比为(0.8～1):(0～0.2):1。
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的金-银合金纳米团簇。
10.权利要求9所述的金-银合金纳米团簇在检测镍离子或者青霉胺中的应用。
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