多功能金納米簇的制備與研究進(jìn)展

高生平，李　煜，章安然，高　奔，邱華藝，張賢澤，李香琦

(南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院 新能源新材料研究院 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)中心，江蘇 南京　211134)

金納米簇是由幾個到大約一百個金原子組成的一種新型的熒光納米材料。近幾年來受到了廣泛的關(guān)注[1-3]。金納米簇的直徑通常不到2 nm，性質(zhì)在孤立的原子和納米粒子之間。由于金納米簇的尺寸和電子的費(fèi)米波長接近，連續(xù)態(tài)密度分解成離散的能級，使他們與普通的納米顆粒(直徑大于2 nm)的性質(zhì)有明顯的不同[1]，比如，光學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及電學(xué)性質(zhì)。由于Au NCs具備熒光壽命較長、斯托克斯位移值較大和比較好的生物相容性等許多優(yōu)點(diǎn)，因此Au NCs被廣泛用于生物成像和物質(zhì)檢測等方面[4-7]。

1　金納米簇的合成與制備

在過去的幾十年，研究者們研發(fā)出用多種合成熒光納米簇的方法，如聲化學(xué)法、熱還原法、光致還原法、微波加熱法、配體蝕刻法和模板合成法等[8-9]。

1.1　電化學(xué)法

電化學(xué)法是通過調(diào)節(jié)電流、電壓、反應(yīng)物濃度的大小來很輕松地得到不同尺寸的金納米簇。這種方法合成的原理是：陽極的金屬源提供金屬離子，金屬離子在陰極再被還原成零價，電解質(zhì)作為保護(hù)劑將零價的金屬包覆穩(wěn)定之后，就得到了貴金屬納米簇[10]。

1.2　光致還原法

光致還原法的原理是，在光的輔助照射下，先生成自由基，自由基再將金屬離子還原成金屬原子，然后進(jìn)一步得到金屬納米簇。三齒硫醚端基聚合物，包括聚甲基丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸叔丁酯都已被用來通過光致還原方法制備合成熒光AuNCs[11]。

1.3　模板法和配體蝕刻法

模板法或是配體蝕刻法都是選擇合適的表面修飾的模板分子或作為蝕刻劑的配體分子作為穩(wěn)定劑來合成性質(zhì)和結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定的金納米簇。選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑配體和模板物質(zhì)很重要，也是研究金納米簇制備合成方法的重點(diǎn)。如圖1[12]所示，主要包括巰基化合物為配體模板、聚合物和樹枝狀化合物為配體、多肽類和蛋白質(zhì)為模板、寡核苷酸 DNA 為模板、小分子為模板等等。

圖1　金納米簇的合成模板[12]

2　金納米簇的用途

由于具備熒光壽命較長、斯托克斯位移值大、生物相容性較好、易于生物標(biāo)記以及大小和配體依賴的熒光性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，Au NCs能發(fā)展成高選擇性和高靈敏度的傳感系統(tǒng)應(yīng)用于各種檢測分析。以下主要介紹了金納米簇在物質(zhì)檢測，生物成像及標(biāo)記等方面的應(yīng)用。

2.1　物質(zhì)的檢測

熒光金屬納米簇是由保護(hù)劑和中心金屬元素構(gòu)成，不但具有金屬元素的特性，還具有保護(hù)劑分子及表面基團(tuán)的一些性質(zhì)。所以，應(yīng)用熒光金屬納米的這種特性來檢測金屬離子、無機(jī)陰離子、小分子、蛋白質(zhì)和多肽等物質(zhì)。例如，Yang等人利用牛血清白蛋白和賴氨酸穩(wěn)定的Au NCs混合溶液來提高Cu2+檢測的靈敏度，檢測限達(dá)到0.8pmol/L[13]。

2.2　生物成像及標(biāo)記

AuNCs作為一種新型納米材料，具有的良好的生物相容特性使其在細(xì)胞成像和標(biāo)記方面有著廣泛應(yīng)用。在大量的成像方法中，熒光成像具有特別的優(yōu)勢，它主要依靠熒光標(biāo)志材料的穩(wěn)定性、生物相容性、高度特異性的結(jié)合等。在各類的Au NCs中，蛋白質(zhì)穩(wěn)定合成的Au NCs最適用于細(xì)胞成像與標(biāo)記治療[14]，主要是由于蛋白質(zhì)穩(wěn)定合成的AuNCs易于標(biāo)記、生物相容性好，斯托克位移較大、熒光壽命較長以及光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。例如Mao[15]等人制備了卵清蛋白包裹的紅色熒光金納米簇并且在其表面修飾了葉酸，由于葉酸與葉酸受體的特異性結(jié)合從而靶向?qū)δ[瘤細(xì)胞進(jìn)行成像。

3　金納米簇的表征

用物理的或化學(xué)的方法對金納米簇進(jìn)行表征來分析、測試或鑒定金納米簇的化學(xué)性質(zhì)，闡明金納米簇的化學(xué)特性。通過表征，我們才能知道金納米簇的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、存在狀態(tài)和簡單的化學(xué)性質(zhì)等。主要手段有紫外、紅外、核磁、投射和掃描電鏡、XRD等等。除此之外，他們還對所合成的AuNCs@Lys進(jìn)行形貌及粒徑的表征。將所合成的AuNCs@Lys采用銅網(wǎng)制樣后，使用HRTEM觀察，如圖 2所示，所合成的AuNCs@Lys呈不規(guī)則的球形顆粒，粒徑較均勻且粒徑的大小平均為3 nm。

圖2AuNCs@Lys的HRTEM圖(a，b)[16]

4　總結(jié)與展望

作為一種新興并且典型的熒光納米材料，熒光金納米簇由于其獨(dú)特的光物理化學(xué)性質(zhì)、合成簡單、較好的光穩(wěn)定性以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注。本論文總結(jié)了近期熒光金納米簇的合成及最新應(yīng)用進(jìn)展。盡管金納米簇的研究已經(jīng)取得了一系列的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但仍然有許多問題和挑戰(zhàn)需要去探索和克服。

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