N-乙酰-l-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料及其制备方法。其以N-乙酰-L-半胱氨酸为模板原位合成金纳米团簇荧光材料，N-乙酰-L-半胱氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。本发明是一种新型金纳米团簇荧光材料的制备方法，具有制备简单环保，无需还原剂的优点。所制得的金纳米团簇由具有强烈的红色荧光（最大发射波长为650nm），长荧光寿命（765ns），高稳定性（时间、光、盐和氧化稳定性）及较大的斯托克斯位移（~300nm）等特点。
【专利说明】N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料及其制备方法，属于纳米【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，荧光金属纳米团簇作为一种新型的荧光纳米材料备受关注。金属纳米团簇是指在一定的分子层保护作用下，由几个到几百个金属原子构成的分子级聚集体。由于其独特的物理、电学和光学性质，金属纳米团簇在单分子光电、催化、生物成像和传感器等领域显示出广泛的应用前景。在所有的金属纳米团簇材料中，金纳米团簇(goldnanoclusters, AuNCs)因其具有化学性质稳定和生物相容性好等优点,是目前研究最多的一种金属纳米团簇材料。与小分子荧光染料和荧光蛋白相比，AuNCs用作荧光探针具有水溶性好、比表面积大、表面易于修饰、抗光漂白能力强以及荧光性质可调等优点。因此，金纳米团簇有望弥补一些有毒小分子荧光染料的不足，甚至可以取代某些光稳定性差的传统荧光探针。金纳米团簇荧光材料的合成路线主要分为“自下而上”(bottom-up)和“自上而下”(top-down)两种类型。对于“自下而上”的合成方法，金离子(Au3+或Au+)被还原为金原子，而后累积形成一定的团簇。与此相反，对于“自上而下”的合成方法，金纳米团簇是通过使用适当的稳定剂去蚀刻较大的金纳米粒子表面的原子而产生。
[0003]本发明在无添加任何其他还原剂的条件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸为模板原位合成金纳米团簇荧光材料。N-乙酰-L-半胱氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料及其在无添加任何其他还原剂的条件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸为模板原位合成金纳米团簇荧光材料的方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
本发明所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是由以下反应步骤制成:将浓度为0.02、.18 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和浓度为
0.Γ0.8 mol/L的氢氧化钠溶液加入到浓度为0.θΓθ.1 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于2(T70° C水浴恒温反应(Γ3.5小时，反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。
[0006]本发明未添加任何其他还原剂，N-乙酰-L-半胱氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。
[0007]所述氯金酸溶液、N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氢氧化钠溶液的体积比为2:20:3，二者总体积为5 mL。
[0008]步骤所用的氯金酸溶液的浓度为0.02 g/L、体积为0.4 mL, N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度和体积优选为0.08 mol/L、4 mL和0.5 mol/L、0.6 mL,反应时间优选为2.5小时，反应温度为37° C。
[0009]本发明制备的金纳米团簇水溶液为无色，紫外-可见光谱无明显吸收峰，在紫外灯照射下产生强烈的红色荧光，最大激发波长和发射波长分别为355 nm和650 nm，量子产率为1.1%，荧光寿命为765 ns。
[0010]金纳米团簇水溶液置于4 °C暗处保存一个月后，相对荧光强度保持在90%以上。
[0011]金纳米团簇水溶液置于紫外灯下连续照射一小时后，相对荧光强度保持在90%以上。
[0012]金纳米团簇水溶液置于2 mol/L氯化钠溶液中孵育30分钟后，相对荧光强度保持在95%以上。
[0013]金纳米团簇水溶液置于2 mol/L过氧化氢溶液中孵育30分钟后，相对荧光强度保持在95%以上。
[0014]本发明具体的金纳米团簇荧光材料的制备:以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。金纳米团簇荧光材料的制备方法如下:将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37° C恒温水浴槽中反应
2.5小时，反应液由浅黄色变为无色。反应结束后用分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。
[0015]本发明的优点:
(I)本发明在无添加任何其他还原剂的条件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸为模板原位合成金纳米团簇荧光材料。制备方法绿色环保，操作简便快捷，重现性好。
[0016](2)本发明所制备的金纳米团簇具有强烈的红色荧光(最大发射波长为650 nm),长荧光寿命(765 ns)，高稳定性(时间、光、盐及氧化稳定性)及较大的斯托克斯位移Γ300nm)等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为金纳米团簇荧光纳米材料分别在可见光(A)和紫外灯下(B)的外观图。
[0018]图2为金纳米团簇荧光纳米材料的紫外-可见吸收光谱图。
[0019]图3为金纳米团簇荧光纳米材料的荧光光谱图。
[0020]图4为N-乙酰-L-半胱氨酸浓度对金纳米团簇荧光强度的影响图。
[0021]图5为氢氧化钠浓度对金纳米团簇荧光强度的影响图。
[0022]图6为反应时间对金纳米团簇荧光强度的影响图。
[0023]图7为金纳米团簇荧光纳米材料的透射电镜图。
[0024]图8为金纳米团簇荧光纳米材料的选区电子衍射图。
[0025]图9为金纳米团簇荧光纳米材料的能量散射X射线能谱图。
[0026]图10为金纳米团簇荧光纳米材料的荧光寿命图。
[0027]图11为金纳米团簇荧光纳米材料的X射线光电子能谱图。图中:A为金的4f图，B为硫的2p图。
[0028]图12为金纳米团簇荧光纳米材料的红外吸收光谱图。图中:A为金纳米团簇，B为N-乙酰-L-半胱氨酸。
[0029]图13为金纳米团簇的时间稳定性图。
[0030]图14为金纳米团簇的光稳定性图。
[0031]图15为金纳米团簇的盐稳定性图。
[0032]图16为金纳米团簇的氧化稳定性图。
[0033]图17为金纳米团簇溶液的发射光强度值(F65tl)与溶液pH值之间的线性关系图。
【具体实施方式】
[0034]实例1:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后的反应液用截留分子量为3500的透析袋进行透析纯化处理。所得到的金纳米团簇溶液可见光下为无色(见图1中的A)，紫外灯照射下产生强烈的红色荧光(见图1中的B)，紫外-可见光谱无明显吸收峰(见图2)，最大激发波长和发射波长分别为355 nm和650 nm (见图3)，量子产率为1.1%。
[0035]实例2:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL不同浓度的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液(0.02、.18 mol/L)中，混匀，置于37° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。如图4所示，溶液在650 nm处的荧光强度值(F65tl)在N-乙酰-L-半胱氨酸溶液浓度为0.08 mol/L时达到最大。
[0036]实例3:
将0.6 mL不同浓度的氢氧化钠溶液(0.1、.8 mol/L)与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。如图5所示，溶液在650 nm处的荧光强度值(F65tl)在氢氧化钠溶液浓度为0.5 mol/L时达到最大。
[0037]实例4:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应(Γ3.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。如图6所示，溶液在650 nm处的荧光强度值(F65tl)在反应时间为2.5小时时达到最大。
[0038]实例5:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液滴涂在铜网上。透射电镜分析(见图7)表明金纳米团簇的粒径约为2.4 nm。能量散射X射线能谱分析(见图8)表明产物含有金。选区电子衍射分析(见图9)表明制备的金纳米团簇为多晶。
[0039]实例6:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得的溶液进行荧光寿命测定，测得金纳米团簇的荧光寿命值为765 nm (见图10)。
[0040]实例7:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行X射线光电子能谱测定，在84.56乂和88.3 eV处出现金的4f峰，在162.9 eV和164.0 eV处出现硫的2p峰(见图11中的A为金的4f图，B为硫的2p图)。
[0041]实例8:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行红外吸收光谱测定，2547 cm-1S-H共振吸收明显受到抑制，表明N-乙酰-L-半胱氨酸分子与金原子通过Au-S键结合(见图12中的A为金纳米团簇，B为N-乙酰-L-半胱氨酸)。
[0042]实例9:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液置于4 °C暗处保存一个月后，金纳米团簇的相对荧光强度为90.8%(图 13)。
[0043]实例10:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液置于紫外灯下连续照射一小时后，金纳米团簇的相对荧光强度为91%(图 14)。
[0044]实例11:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液置于2 mol/L氯化钠溶液中孵育30分钟后，金纳米团簇的相对荧光强度为 97.5% (图 15)。
[0045]实例12:
将0.6 mL浓度为0.5 mol/L的氢氧化钠溶液与0.4 mL浓度为0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL浓度为0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混匀，置于37 ° C恒温水浴槽中反应2.5小时。反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理。将所得溶液置于2 mol/L过氧化氢溶液中孵育30分钟后，金纳米团簇的相对荧光强度为99.9% (图16)。
[0046]实例I3:
在0.2毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.2毫升不同pH值(6.05飞.4)的磷酸盐缓冲液(20 mmol/L)中，25° C反应10分钟，测定溶液发射光强度值F65(l。如图17所示，在
6.05?6.4pH值范围内F65tl与溶液pH值呈线性关系，线性方程为F=17.53-2.73pH,r=0.998。对pH=6.1的溶液平行测定6次的相对标准偏差为2.3%。由此可见，本发明可以用于测定溶液pH值。
【权利要求】
1.一种N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是由以下反应步骤制成:将浓度为0.02、.18 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和浓度为0.Γθ.8mo I/L的氢氧化钠溶液加入到浓度为0.0Γ0.1 g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于2(T70° C水浴恒温反应(Γ3.5小时，反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行透析纯化处理，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。
2.根据权利要求1所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是未添加任何其他还原剂，N-乙酰-L-半胱氨酸作为稳定剂和还原剂控制金纳米团簇的形成。
3.根据权利要求1所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所述氯金酸溶液、N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氢氧化钠溶液的体积比为2:20:3，三者总体积为5 mL。
4.根据权利要求1或2或3所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法，其特征是所用的氯金酸溶液的浓度为0.02 g/L、体积为0.4 mL，N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度和体积优选为0.08 mol/L、4 mL和0.5 mol/L、0.6 mL,反应时间优选为2.5小时，反应温度为37° C。
5.一种权利要求1-4任一所述的方法制得的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇水溶液为无色，紫外-可见光谱无明显吸收峰，在紫外灯照射下产生强烈的红色荧光，最大激发波长和发射波长分别为355 nm和650nm，量子产率为1.1%，荧光寿命为765 ns。
6.根据权利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇水溶液置于4 °C暗处保存一个月后，相对荧光强度保持在90%以上。
7.根据权利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇水溶液置于紫外灯下连续照射一小时后，相对荧光强度保持在90%以上。
8.根据权利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇水溶液置于2 mol/L氯化钠溶液中孵育30分钟后，相对荧光强度保持在95%以上。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇水溶液置于2 mol/L过氧化氢溶液中孵育30分钟后，相对荧光强度保持在95%以上。
【文档编号】C09K11/58GK104227013SQ201410468921
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月13日 优先权日:2014年9月13日
【发明者】陈伟, 邓豪华, 彭花萍, 刘爱林, 林新华 申请人:福建医科大学