CN114032089B - 一种银纳米团簇荧光纳米管及其制备方法与在精氨酸检测的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银纳米团簇荧光纳米管及其制备方法与在精氨酸检测的应用,该荧光纳米管是由Ag9与DD‑5通过超分子自组装的方式形成。本发明制备的荧光纳米管由于其高度有序的结构具有较好的发光性能,量子产率为8.11%,荧光寿命为6.10μs,在加入L‑Arg后荧光猝灭,有序结构被破坏。本发明的银纳米团簇荧光纳米管制备方法简单,成本低廉;检测手段快捷,易于观察。
Description
技术领域
本发明涉及一种银纳米团簇荧光纳米管及其制备方法与L-精氨酸检测的应用,属于新材料领域。
背景技术
众所周知,氨基酸在人体中起着重要作用。在各种氨基酸中,精氨酸(arginine,Arg)又称蛋白氨基酸,能够刺激胰岛素、生长激素、胰高血糖素、催乳素等激素的分泌,帮助改善免疫系统健康和抵御疾病,在身体受伤的情况下,身体免疫系统处于最佳状态,可以加速身体疗伤的速度。简而言之,精氨酸在人类的生长发育、伤口愈合和免疫系统中起着极其重要的作用。此外,精氨酸含量也是评估高氨血症和星形胶质细胞与聚集神经细胞培养的病理生理学的关键参数之一。因此,开发一种简便、快捷、易于观察的检测方式来实现对Arg的检测至关重要。
近些年来,金属纳米团簇由于其低毒性、低成本、良好的生物相容性和光致发光性能,在荧光传感领域具有广泛应用。作为一种发光纳米材料,金属纳米团簇是指金属核由几个到几百个金属原子构成,金属核表面一般通过有机配体来进行修饰,其大小约为电子的费米波长(<2nm),通过限制金属核外围配体的振动和旋转以及增强亲金属相互作用,可以实现强荧光发射,因此金属纳米团簇可以作为荧光探针对多种物质进行检测。
银纳米团簇由于其特殊性能而且原料来源广泛引起业界人士的青睐,关于银纳米团簇的专利文件也有诸多报道,中国专利文件CN103940788A(申请号:201310017205.6)公开了一种银纳米团簇检测次氯酸的方法,其特征在于利用次氯酸将银纳米团簇氧化而导致荧光猝灭,以银纳米团簇溶液为荧光探针,通过荧光光谱检测次氯酸含量。中国专利文件CN106053416A(申请号:201610554173.7)公开了一种银纳米团簇检测Fe3+的方法,其特征在于先将含Fe3+的溶液调节pH至酸性,加入银纳米团簇反应后,将溶液调节pH至中性,使用荧光分光光度计检测荧光强度,再与Fe3+浓度和荧光强度的标准曲线进行对比,从而实现对Fe3+的检测。中国专利文件CN112893864A(申请号:202110073160.9)公开了一种发夹模板制备银纳米团簇检测氯霉素的方法,其特征在于具有发夹结构的适配体DNA作为模版合成银纳米团簇,待测样品与银纳米团簇混合,氯霉素(CAP)的存在与适配体DNA的结合合成导致发夹结构的破坏,荧光部分消失;基于银纳米团簇荧光的变化,确定待测样品中的CAP浓度,实现CAP检测。
但是,目前对于银纳米团簇检测的报道只限于对银纳米团簇水溶液中物质的检测,通过超分子化学手段使其进一步组装成功能材料并进行小分子检测的研究却鲜有报道。为此,提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种银纳米团簇荧光纳米管及其制备方法与L-Arg检测的应用。
术语说明:
Ag9:是一种九核银纳米团簇,单分散时水溶液中不发光,但由于Ag9配体间的π-π作用,配体向金属的电荷转移作用、配体向金属-金属电荷转移作用以及金属-金属之间的相互作用,将Ag9进行组装后可具有一定的发光性质。
本发明的技术方案如下:
一种银纳米团簇荧光纳米管,是Ag9在DD-5的诱导下通过超分子自组装得到;
所述的DD-5是由五个天冬氨酸聚合而成,摩尔质量为593.46g●mol-1;所述的Ag9是以Ag为核,以2-巯基苯甲酸(H2mba)为配体的九核银纳米团簇。本发明的银纳米团簇荧光纳米管是通过分子间氢键、π-π堆积作用以及亲银作用等非共价相互作用获得。
根据本发明,优选的,所述的银纳米团簇荧光纳米管直径为30-50nm,长度为5-20μm。
根据本发明,优选的,所述的银纳米团簇的荧光纳米管的荧光光谱显示,激发波长为400-550nm,发射波长为550-800nm。
根据本发明,优选的,所述的银纳米团簇纳米管的荧光寿命为6.10μs,量子产率为8.11%。
根据本发明,上述银纳米团簇纳米管的制备方法,包括步骤如下:
将硝酸银(AgNO3)和H2mba分散在水中并进行超声处理,在超声处理过程中向上述混合物中加入氨水(NH3●H2O),得到黄色透明的Ag9溶液;将Ag9水溶液与DD-5混合,进行涡旋,在20℃恒温箱中静置8小时,即得银纳米团簇荧光纳米管水凝胶。
根据本发明,优选的,AgNO3分散到水中的水溶液的浓度为1mmol·L-1,H2mba分散到水中的水溶液的浓度1mmol·L-1;AgNO3和H2mba的摩尔比为1:1;
优选的,超声处理的超声频率为30-50kHz,超声功率为80W,超声时间为20-30分钟。
根据本发明,优选的,氨水的质量浓度为25%;氨水的加入量为将沉淀溶解完全为止。得到的溶液为黄色澄清溶液。
根据本发明,优选的,Ag9水溶液与DD-5的混合比例按照混合后DD-5水溶液的摩尔浓度为50-80mmol·L-1,Ag9水溶液的摩尔浓度为5mmol·L-1计。
根据本发明,优选的,涡旋时间为20-30s,静置时间为8小时。
根据本发明,所述的DD-5为常规市购产品。
根据本发明,上述银纳米团簇荧光纳米管在L-Arg检测中的应用。
本发明的原理:
本发明制备的在室温下无荧光的Ag9水溶液,在引入肽DD-5后,通过氢键作用,π-π堆积以及亲银作用等非共价相互作用很好的限制了配体的旋转与振动,降低其非辐射弛豫,实现了配体向金属的电荷转移,使银纳米团簇纳米管表现出显著的荧光性质。当加入某种特定氨基酸时,氨基酸的加入破坏了分子间的氢键作用,使得配体的非辐射弛豫通道打开,荧光消失,起到了检测特定氨基酸的作用。
本发明的突出特点和有益效果是:
1、本发明中Ag9是尺寸为1.35nm的贵金属簇合物,属于新型无机材料,结构新颖,性质独特;利用超分子自组装的方法,DD-5成功诱导Ag9进行自组装构筑了有序结构的纳米管,从而实现荧光的发射。
2、本发明中引入的肽DD-5具有较好的生物相容性。
3、本发明制备的荧光发射的水凝胶,其微观形貌可以通过调节DD-5的浓度,实现对形貌的调控。
4、本发明的荧光纳米管对L-Arg的检测具有高选择性和灵敏性。且检测方便,使用手提式紫外灯即可观察荧光强度的变化,操作简单,易于实现。
本发明所阐述的材料特征用以下方法测试:
1、透射电子纤维镜(TEM)。通过TEM观察荧光纳米管的形貌。
2、扫描电子显微镜(SEM)。通过SEM观察荧光纳米管的形貌。
3、荧光光谱。通过荧光分光光度计测试样品的荧光强度。
4、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)。通过FT-IR谱图表征分子间存在的作用力。
5、X射线衍射(XRD)。通过XRD表征可能存在的作用力。
附图说明
图1为本发明实施例1所合成的物质Ag9的分子结构图。
图2为本发明实施例1所制备的银纳米团簇荧光纳米管的TEM与SEM图。
图3为本发明实施例1所制备的银纳米团簇荧光纳米管的红外波谱图,其中:(a)为荧光纳米管,(b)为DD-5,(c)为Ag9。
图4为本发明实施例1所制备的荧光纳米管的XRD图,其中:(a)为荧光纳米管,(b)为DD-5。
图5为本发明实施例1所制备的银纳米团簇荧光纳米管的荧光光谱图,其中:(a)为激发光谱,(b)为发射光谱。
图6为本发明实施例2所制备的银纳米团簇荧光纳米管的TEM与SEM图。
图7为本发明实施例3所制备的银纳米团簇荧光纳米管的TEM与SEM图。
图8为本发明实施例4所制备的银纳米团簇荧光纳米管的TEM与SEM图。
图9为本发明实验例1中向实施例1制备的荧光纳米管中加入相同浓度200mmol·L-1的不同氨基酸后,样品在365nm紫外灯照射下的光学照片。
图10为本发明实验例1中向实施例1制备的荧光纳米管中加入相同浓度200mmol·L-1的不同氨基酸后的荧光性能图。其中:左图为样品在490nm激发下,获得的荧光光谱,从上到下的顺序为:空白样、甘氨酸(Gly)、L-天冬酰胺(L-Asn)、L-α-丙氨酸(L-Ala)、L-半胱氨酸(L-Cys)、L-谷氨酰胺(L-Gln)、L-苯丙氨酸(L-Phe)、L-酪氨酸(L-Thr)、L-丝氨酸(L-Ser)、L-缬氨酸(L-Val)、L-组氨酸(L-His)和L-精氨酸(L-Arg);右图为实施例1中制备的银纳米团簇荧光纳米管中加入氨基酸后(I)与加入氨基酸前(I0)在波长630nm处的荧光强度比值的柱状图(左),继续向本发明实施例1制备的银纳米团簇荧光纳米管中加入其他种类氨基酸的体系中加入L-Arg后,在630nm处(I/I0)比值的柱状图(右)。
图11为本发明实验例2中向实施例1中加入不同浓度L-Arg后的荧光性能图;其中,左图为获得的荧光光谱图,中图为在630nm处荧光强度的变化图,右图为银纳米团簇荧光纳米管在630nm处对L-Arg浓度的Stern-Volmer猝灭曲线,其中加入L-Arg前在630nm处的荧光强度为I,加入L-Arg后在630nm处的荧光强度为I0。
图12为本发明实验例2中向实施例1制得的银纳米团簇荧光纳米管中加入200mmol·L-1L-Arg后荧光猝灭的TEM图。
图13为本发明实验例2中向实施例1制得的银纳米团簇荧光纳米管中加入200mmol·L-1L-Arg后荧光猝灭的红外光谱图,(a)为Ag9,(b)为DD-5,(c)为荧光纳米管,(d)为荧光纳米管中加入200mmol·L-1L-Arg。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步阐述,但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料,市购产品,其中:AgNO3购买于天津市科密欧化学试剂有限公司,H2mba购买于西格玛奥德里奇,DD-5购买于上海吉尔生化有限公司,各种氨基酸均购买于国药集团化学试剂有限公司,使用前未经进一步纯化,直接使用。
实施例1
一种银纳米团簇荧光纳米管的制备方法,包括步骤如下:
(1)Ag9分子的合成
准确称取AgNO3(1mmol,170mg)和H2mba(1mmol,155mg)分散在6mL水中并在KQ5200DE仪器中进行超声处理在20分钟(80W,40kHz),在超声处理过程中向上述混合物中加入NH3●H2O(25%,0.5mL),得到黄色透明的Ag9溶液。
(2)银纳米团簇荧光纳米管的制备
准确称取DD-5 20.0mg,溶解于355μL三次水中,涡旋30s使其充分溶解,完全溶解后,移取145μL Ag9水溶液,继续涡旋30s使其混合均匀,混合后DD-5浓度为70mmol·L-1,再于20℃恒温箱中静置8小时,即得。
本实施例得到的Ag9的分子结构图如图1所示。由图1可知Ag9是以Ag为核,以H2mba为配体的九核的银纳米团簇。
本实施例得到的银纳米团簇荧光纳米管的TEM、SEM图如图2所示。由图2可知,银纳米团簇荧光纳米管呈现为纳米管状态,宽度在30-50nm,长度为5-20μm。
本实施例制备的银纳米团簇的荧光纳米管的红外光谱如图3所示,可知纳米管的形成主要是由氢键作用驱动。
本实施例制备的银纳米团簇荧光纳米管的XRD图如图4所示,可知荧光纳米管中存在高度有序的结构,并存在Ag-Ag、Ag-S及π-π作用。
本实施例制备的银纳米团簇荧光纳米管的荧光光谱如图5所示,可知荧光纳米管具有较宽的激发范围,最佳激发是490nm,最佳发射是630nm,由较大的Stokes位移(~140nm)。
实施例2
如实施例1所述,一种银纳米团簇荧光纳米管的制备方法,包括步骤如下:
准确称取DD-5 14.8mg,溶解于355μL三次水中,涡旋30s使其充分溶解,完全溶解后,移取145μL Ag9水溶液,继续涡旋30s使其混合均匀,混合后DD-5浓度为50mmol·L-1,再于20℃恒温箱中静置8小时,即得。
本实施例得到的Ag9的分子结构图如图1所示。由图1可知Ag9是一种九核的银纳米团簇。
本实施例得到的银纳米团簇荧光纳米管的TEM、SEM如图6所示,荧光纳米管呈现为纳米管状态,宽度在30-50nm,长度为5-20μm。
实施例3
如实施例1所述,一种荧光纳米团簇纳米管的制备方法,包括步骤如下:
准确称取DD-5 17.8mg,溶解于355μL三次水中,涡旋30s使其充分溶解,完全溶解后,移取145μL Ag9水溶液,继续涡旋30s使其混合均匀,混合后DD-5浓度为60mmol·L-1,再于20℃恒温箱中静置8小时,即得。
本实施例得到的Ag9的分子结构图如图1所示。由图1可知Ag9是一种九核的银纳米团簇。
本实施例得到的银纳米团簇荧光纳米管的TEM、SEM如图7所示,荧光纳米管呈现为纳米管状态。宽度在30-50nm,长度为5-20μm。
实施例4
如实施例1所述,一种荧光纳米团簇纳米管的制备方法,包括步骤如下:
准确称取DD-5 23.7mg,溶解于355μL三次水中,涡旋30s使其充分溶解,完全溶解后,移取145μL Ag9水溶液,继续涡旋30s使其混合均匀,混合后DD-5浓度为80mmol·L-1,再于20℃恒温箱中静置8小时,即得。
本实施例得到的Ag9的分子结构图如图1所示。由图1可知Ag9是一种九核的银纳米团簇。
本实施例得到的银纳米团簇荧光纳米管的TEM、SEM如图8所示,荧光纳米管呈现为纳米管状态,宽度在30-50nm,长度为3-10μm。
实验例1
移取100μL浓度为200mmol·L-1的氨基酸(L-Arg,L-Ala、L-His、L-Cys、L-Phe、L-Gln、L-Ser、L-Thr、L-Asn、L-Val、Gly)水溶液置于100μL的实施例1制备的银纳米团簇荧光水凝胶中,涡旋20s使其混合均匀,静置8小时,在波长365nm的紫外灯下观察样品,照片如图9所示。
分别将银纳米团簇荧光纳米管和加入不同种类氨基酸后的样品转移到三角石英比色皿中,使用荧光分光光度计测试样品的发射光谱图,如图10(左)所示。银纳米团簇荧光纳米管中对L-Arg的干扰检测如图10(右)所示。
Ag9分子在DD-5引入后,由于分子间的氢键作用、π-π作用与亲银相互作用,形成高度有序的聚集体,诱导出Ag9的AIE效应,使之发射出荧光。由图9、10(左)、(右)所示,在加入不同种类氨基酸后,可以发现L-Arg能够完全使荧光猝灭,其他氨基酸的加入对荧光强度的影响较小。表明本发明制备的荧光纳米管在检测L-Arg方面具有高选择性。该现象使用手提式紫外灯和荧光光谱均可以观察,检查结果易于观察、易于测定。
实验例2
移取100μL不同浓度的L-Arg水溶液置于100μL的实施例1制备的银纳米团簇的荧光水凝胶中,涡旋20s使其混合均匀,静置8小时。将不同浓度的L-Arg样品转移到三角石英比色皿中,使用荧光分光光度计测试样品的发射光谱,结果如图11(左)所示。银纳米团簇荧光纳米管中加入不同浓度L-Arg后,在630nm处荧光强度的变化如图11(中)所示。银纳米团簇荧光纳米管在630nm处对L-Arg浓度的Stern-Volmer猝灭曲线如图11(右)所示。
计算得到检测限为330μmol·L-1,表明本发明制备的银纳米团簇荧光纳米管在检测L-Arg方面具有灵敏性。
实施例1中制备的荧光纳米管在加入L-Arg后,且最终L-Arg浓度为100mmol·L-1时,对获得的无荧光溶液进行TEM表征,如图12所示。将无荧光溶液冻干成粉末进行FT-IR测试,结果如图13所示。
由图12所示,L-Arg加入后高度有序的纳米管消失,出现较多带有超细纳米线的颗粒,表明L-Arg的加入破坏了纳米管状结构。由图13所示。L-Arg加入后,Ag9中属于羰基的伸缩振动峰重新出现,DD-5酰胺I带的峰也重新出现,表明L-Arg的加入破坏了分子间的氢键,降低了配体的辐射弛豫,荧光消失。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (12)
1.一种银纳米团簇荧光纳米管,其特征在于,该银纳米团簇荧光纳米管是Ag9在DD-5的诱导下通过超分子自组装得到;
所述的DD-5是由五个天冬氨酸聚合而成;所述的Ag9是以Ag为核,以2-巯基苯甲酸H2mba为配体的九核银纳米团簇;
超分子自组装过程是将Ag9水溶液与DD-5混合,进行涡旋,在20 ℃恒温箱中静置8 小时,得银纳米团簇荧光纳米管水凝胶。
2.根据权利要求1所述的银纳米团簇荧光纳米管,其特征在于,所述的银纳米团簇荧光纳米管直径为30-50 nm,长度为5-20 μm。
3.根据权利要求1所述的银纳米团簇荧光纳米管,其特征在于,所述的银纳米团簇的荧光纳米管的荧光光谱显示,激发波长为400-550 nm, 发射波长为550-800 nm。
4.根据权利要求1所述的银纳米团簇荧光纳米管,其特征在于,所述的银纳米团簇纳米管的荧光寿命为6.10 μs,量子产率为8.11%。
5.权利要求1所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,包括步骤如下:
将硝酸银和H2mba分散在水中并进行超声处理,在超声处理过程中向混合物中加入氨水,得到Ag9水溶液;将Ag9水溶液与DD-5混合,进行涡旋,在20 ℃恒温箱中静置8 小时,即得银纳米团簇荧光纳米管水凝胶。
6.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,AgNO3分散到水中的水溶液的浓度为1 mmol·L-1, H2mba分散到水中的水溶液的浓度1 mmol·L-1;AgNO3和H2mba的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,超声处理的超声频率为30-50 kHz,超声功率为80 W,超声时间为20-30分钟。
8.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,氨水的质量浓度为25%。
9.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,氨水的加入量为将沉淀溶解完全为止。
10.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,Ag9水溶液与DD-5的混合比例按照混合后DD-5水溶液的摩尔浓度为50-80 mmol·L-1,Ag9水溶液的摩尔浓度为5 mmol·L-1计。
11.根据权利要求5所述的银纳米团簇纳米管的制备方法,其特征在于,涡旋时间为20-30 s,静置时间为8 小时。
12.权利要求1所述的银纳米团簇荧光纳米管L-Arg检测中的应用。
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Characterization of silver and Fluorescent Dyes Incorporated in self-Assembling Peptides and their Potential Applications in Biology;Chivukula Subbalakshmi et al.;《ChemPlusChem》;20140702;第79卷;第1326-1333页 * |
Self-Assembly of Silver Metal Clusters of Small Atomicity on Cyclic Peptide Nanotubes;Miguel Cuerva et al.;《ACS NANO》;20151006;第9卷(第11期);第10834-10843页 * |
Self-Assembly-Driven Aggregation-Induced Emission of Silver Nanoclusters for Light Conversion and Temperature Sensing;Panpan Sun et al.;《ACS Appl. Nano Mater.》;20200122;第3卷;第2038-2046页 * |
Supramolecular Chirality from Hierarchical Self-Assembly of Atomically Precise Silver Nanoclusters Induced by Secondary Metal Coordination;Yuting Bi et al.;《ACS Nano》;20210920;第15卷;第15910-15919页 * |
侧链间氢键的协同效应对环状多肽自组装的影响;曲雯雯;《高等学校化学学报》;20070228;第28卷(第2期);第307-311页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114032089A (zh) | 2022-02-11 |
US11891553B2 (en) | 2024-02-06 |
US20230159820A1 (en) | 2023-05-25 |
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