基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法
【专利摘要】本发明公开一种基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其是以pH敏感的N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇及其作为荧光探针的溶液pH值测定方法，其特点为利用N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇在不同pH值条件下溶液荧光发射光谱特征的变化，来测定溶液pH值。测定的线性范围为6.05~6.4。本发明可用于环境及生命科学体系中pH的高灵敏测定。
【专利说明】基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及pH敏感N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇及其作为荧光探针的溶液PH值测定方法，属于分析化学及纳米【技术领域】。
【背景技术】
[0002]pH值是化学和生物系统中常用的一项重要指标，其影响着其许多化学反应和生化反应。医学上，体内pH值的改变伴随着很多疾病的发生发展。因此，pH值的测定在化学和生物领域具有重要的意义。目前，PH的测量方法主要分为指示剂法、金属电极法(氢电极法，醌氢醌电极法，锑电极法)和玻璃电极法等。发展新的溶液PH的测定方法仍然十分重要。
[0003]纳米材料由于其独特的物理和光学性质为pH传感器的构建提供了新的契机。近年来，许多纳米材料，包括聚合物纳米颗粒、氧化石墨烯、单壁碳纳米、二氧化娃纳米颗粒、量子点、金纳米颗粒和磁性纳米颗粒等，已经被报道具有PH响应性质。最近，一些金属纳米团簇材料(如铜纳米团簇、银纳米团簇、金铜合金纳米团簇)也被发现具有对溶液pH敏感的性质。
[0004]本发明以pH敏感的N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇作为荧光探针，建立了溶液PH值测定的新方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于pH敏感的N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇及其作为荧光探针的溶液PH值测定方法。
[0006]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PH敏感的荧光金纳米团簇，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.8 mol/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N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料水溶液，所述N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料水溶液的荧光特征随溶液的PH值变化而改变。
[0007]本发明是以N-乙酰-L-半胱氨酸为还原剂和保护剂制备的。
[0008]采用N-乙酰-L-半胱氨酸还原氯金酸的方法制备: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，反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行纯化处理，得到N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇溶液；4° C暗处保存，能保持至少一个月的相对稳定。
[0009]本发明所述的pH敏感的荧光金纳米团簇，能产生红色荧光，最大激发波长为335nm,最大发射波长为650nm。
[0010]本发明所述的N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是利用N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇在不同pH值时荧光发射光谱特征的变化，来测定溶液pH值。
[0011]利用N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇在650 nm处的发射光强度值(F65tl)以判断溶液PH值。
[0012]所使用的激发波长为355 nm。
[0013]在6.05飞.4 pH值范围内F65tl与溶液pH值呈线性关系。
[0014]N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光猝灭后，N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的Zeta电势减小，粒径增大，但金的价态并未发生改变。
[0015]具体地说，本发明采用的技术方案为:
(一)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纯化处理，纯化后的金纳米团簇溶液放置于4° C冰箱避光保存。
[0016](二)溶液pH值的测定:
0.2毫升样品溶液中加入0.2毫升步骤(一)制备的金纳米团簇溶液，混合均匀后在25。C反应10分钟。反应结束后，以355 nm为激发波长，测定在650 nm处的发射光强度值(F65tl)，通过F65tl标准曲线进行pH的测定。
[0017]本发明的优点:
(I)本发明使用N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇材料为探针，溶液pH值的改变被转换为光信号，易于肉眼观察和仪器测定。
[0018](2)本发明使用的N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇材料其本身具有pH响应性质，不需要任何前修饰步骤。
[0019](3)本发明所构建的方法测定灵敏度高，响应范围为0.35个pH。
[0020](4)本发明所构建的方法的pH响应区间在生理变化范围(5.(Γ7.4)之内，更有利于其应用于生物、医学和药学领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为不同pH值条件下金纳米团簇溶液在紫外灯下的外观图。图中:(A)pH=6.0 ；(B)pH=6.5。
[0022]图2为不同pH值条件下金纳米团簇溶液的发射光谱图。图中:(A)pH=6.0 ;(B)pH=6.5。
[0023]图3为不同pH值条件下金纳米团簇溶液的紫外-可见吸收光谱图。
[0024]图4为不同pH值条件下金纳米团簇溶液的X射线光电子能谱图。图中:(A)ρΗ=6.0 ；(Β)ρΗ=6.5。
[0025]图5为不同pH值条件下金纳米团簇溶液的Zeta电势图。图中:(A) pH=6.0 ; (B)pH=6.5。
[0026]图6为不同pH值条件下金纳米团簇溶液的动态光散射图。图中:(A)pH=6.0 ;(B)pH=6.5。
[0027]图7为金纳米团簇溶液的发射光强度值(F65tl)与溶液pH值之间的关系图。
[0028]图8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】
[0029]实例1:
金纳米团簇荧光材料的制备过程如下: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，紫外灯照射下产生强烈的红色荧光。4° C暗处保存，能保持至少一个月的相对稳定。
[0030]实例2:
取0.2毫升实例I所制得的金纳米团簇溶液加入到0.2毫升pH=6.0和pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液(20 mmol/L)中，混合均匀后置于25 ° C水浴锅中恒温反应10分钟。在紫外灯下观察，金纳米团簇溶液在pH=6.0时显现红色荧光(图1中的A)，而在pH=6.5时红色荧光发生猝灭(图1中的B)。图2为金纳米团簇溶液在pH=6.0 (图2中的A)和pH=6.5 (图2中的B)时的荧光发射光谱图。
[0031]实例3:
取0.2毫升实例I所制得的金纳米团簇溶液加入到0.2毫升不同pH值的磷酸盐缓冲溶液(20 mmol/L)中，混合均匀后置于25 ° C水浴锅中恒温反应10分钟。反应结束后,测定其紫外-可见吸收光谱图。由图3可知，随着pH的升高(图中箭头左侧指示的数值为pH值)，金纳米团簇溶液的背景散射逐渐增加，表明金纳米团簇随着PH的升高发生了聚集。
[0032]实例4:
取0.2毫升实例I所制得的金纳米团簇溶液加入到0.2毫升pH=6.0或pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液(20 mmol/L)中，混合均匀后置于25° C水浴锅中恒温反应10分钟。反应结束后，冷冻干燥处理得金纳米团簇粉末，取所得粉末进行X射线光电子能谱分析。由图4可知，金纳米团簇在PH6.0和pH6.5时的价态相同。(图4中的A为pH6.0时金纳米团簇的Au4f图；图4中的B为pH6.5时金纳米团簇的Au 4f图)。
[0033]实例5:
取0.2毫升实例I所制得的金纳米团簇溶液加入到0.2毫升pH=6.0或pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液(20 mmol/L)中，混合均匀后置于25° C水浴锅中恒温反应10分钟。取反应后的溶液进行Zeta电势分析。由图5可知，pH6.5时金纳米团簇的Zeta电势降低。(图5中的A为pH6.0时金纳米团簇的Zeta电势图，图5中的B为pH6.5时金纳米团簇的Zeta电势图)。
[0034]实例6:
取0.2毫升实例I所制得的金纳米团簇溶液加入到0.2毫升pH=6.0或pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液(20 mmol/L)中，混合均匀后置于25° C水浴锅中恒温反应10分钟。取反应后的溶液进行动态光散射分析。由图6可知，pH6.5时金纳米团簇的粒径明显增大。(图6中的A为pH6.0时金纳米团簇的动态光散射图，图6中的B为pH6.5时金纳米团簇的动态光散射图)。
[0035]实例7:
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(5.5^7.5)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7所示，溶液PH为5.5?6.0时，F650变化不明显；溶液pH为6.05?6.5时，F650急剧下降；溶液pH大于6.50时，F650趋于稳定。
[0036]实例8:
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8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%。
【权利要求】
1.一种pH敏感的荧光金纳米团簇，其特征是由以下反应步骤制成:将浓度为0.02、.18 mo I/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和浓度为0.Γθ.8 mo 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N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料水溶液，所述N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光材料水溶液的荧光特征随溶液的PH值变化而改变。
2.根据权利要求1所述的PH敏感的荧光金纳米团簇，其特征是以N-乙酰-L-半胱氨酸为还原剂和保护剂制备的。
3.根据权利要求1或2所述的pH敏感的荧光金纳米团簇，其特征是采用N-乙酰-L-半胱氨酸还原氯金酸的方法制备:将0.6 mL浓度为0.5 mo I/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，反应结束后用截留分子量为3500的透析袋对反应液进行纯化处理，得到N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇溶液；4° C暗处保存，能保持至少一个月的相对稳定。
4.根据权利要求1或2所述的pH敏感的荧光金纳米团簇，其特征是能产生红色荧光，最大激发波长为335nm,最大发射波长为650nm。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是利用N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇在不同pH值时荧光发射光谱特征的变化，来测定溶液PH值。
6.根据权利要求5所述的基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是利用N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇在650 nm处的发射光强度值(F65tl)以判断溶液PH值。
7.根据权利要求5或6所述的基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是所使用的激发波长为355 nm。
8.根据权利要求5或6所述的基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是在6.05飞.4 pH值范围内F65tl与溶液pH值呈线性关系。
9.根据权利要求5或6所述的基于N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的pH值测定方法，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇荧光猝灭后，N-乙酰-L-半胱氨酸-金纳米团簇的Zeta电势减小，粒径增大，但金的价态并未发生改变。
【文档编号】G01N21/78GK104237185SQ201410464563
【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, 王菲菲, 彭花萍, 李光文 申请人:福建医科大学