【摘要】：金、銀等貴金屬納米簇(Noble metal nanoclusters,NMNCs)作為一種新型的熒光納米材料,在構(gòu)建熒光傳感器、熒光標(biāo)記和生物成像等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。其中,以蛋白為模板合成的金納米簇(Gold nanoclusters,GNCs)在光穩(wěn)定性、生物相容性、綠色合成和表面功能化修飾等方面特點(diǎn)突出,已成為現(xiàn)階段該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前,已被報(bào)道用于合成GNCs的蛋白模板多為生物模式蛋白,如牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)、轉(zhuǎn)鐵蛋白(Transferrin)和乳鐵蛋白(Lactoferrin)等,或一些功能酶,如溶菌酶(Lysozyme)、胰蛋白酶(Trypsin)和胃蛋白酶(Pepsin)等。大豆蛋白作為一種來源廣泛、制備技術(shù)成熟、材料性能卓越和成本相對(duì)低廉的工業(yè)蛋白產(chǎn)品,在食品、化工和生物制造等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍。如能以相對(duì)低成本和獲得更為便利的大豆蛋白為模板開發(fā)具有與上述生物模式蛋白或功能酶保護(hù)熒光性能和應(yīng)用效果等同的GNCs,無疑將成為GNCs的合成配體研究和應(yīng)用推廣的一大突破�；诖�,本論文以大豆蛋白為模板,系統(tǒng)地開展重金屬、葉枯唑等金納米簇?zé)晒鈧鞲袡z測(cè)技術(shù)開發(fā)和機(jī)制研究,并取得了階段性成果:1.以大豆蛋白為合成模板,采用一步水熱還原法制備大豆蛋白模板化金納米簇(SP-GNCs),并進(jìn)行材料表征和熒光穩(wěn)定性考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在大豆蛋白濃度為70 mg/mL,反應(yīng)體系p H為12.0,60℃反應(yīng)7 h的合成反應(yīng)條件下,成功制備得到以大豆蛋白為配體、具有粉紅色熒光現(xiàn)象(熒光發(fā)射波長(zhǎng)為604 nm)的SP-GNCs,其量子產(chǎn)率為6.61%,TEM顯示呈球形顆粒分散,平均直徑為1.83 nm。通過結(jié)合光譜、能譜和TEM等表征手段也有力確證了SP-GNCs的形成。熒光穩(wěn)定性考察結(jié)果表明SP-GNCs具有很好的光穩(wěn)定性,能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(120 d)保持基本恒定的熒光強(qiáng)度。2.應(yīng)用光譜分析技術(shù),研究SP-GNCs合成過程熒光和配體蛋白構(gòu)象變化之間存在的潛在聯(lián)系。研究結(jié)果表明:在合成過程中,SP-GNCs熒光效應(yīng)的決定因素隨著反應(yīng)時(shí)間的推進(jìn)而變化。在合成反應(yīng)初期(60 min以內(nèi))熒光強(qiáng)度升高是由Au核主導(dǎo),之后則是由Au核與配體蛋白共同決定。而配體蛋白的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)經(jīng)歷了從有序到無序再到有序的轉(zhuǎn)變,同時(shí),其在合成反應(yīng)中所起的作用也從提供還原力過渡為保護(hù)Au核及經(jīng)配體-金核電子轉(zhuǎn)移機(jī)制(Ligand-to-metal charge transfer,LMCT)貢獻(xiàn)GNCs熒光效應(yīng)。結(jié)合二維(2D)光譜相關(guān)分析得出,在SP-GNCs合成過程中Au核的形成和生長(zhǎng)以及LMCT效應(yīng)是導(dǎo)致配體蛋白構(gòu)象發(fā)生變化的主要原因。3.基于Cu~(2+)和Hg~(2+)對(duì)SP-GNCs的熒光猝滅現(xiàn)象研究和構(gòu)建Cu~(2+)和Hg~(2+)的熒光檢測(cè)傳感器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)二者的高靈敏度和選擇性檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:Cu~(2+)和Hg~(2+)的線性檢測(cè)濃度范圍分別為0-400μmol/L和0-40 nmol/L,最低檢測(cè)限(3σ)分別為10μmol/L和2 nmol/L。除Cu~(2+)和Hg~(2+)外,K~+等其它12種金屬離子對(duì)SP-GNCs均無明顯熒光響應(yīng),且即使K~+等其它12種金屬離子與Cu~(2+)或Hg~(2+)共存時(shí)也不能干擾目標(biāo)離子的檢測(cè)。通過在Cu~(2+)和Hg~(2+)共存體系中引入EDTA,實(shí)現(xiàn)了對(duì)Hg~(2+)的唯一選擇性檢測(cè)。對(duì)于引入EDTA的情況,Hg~(2+)的線性檢測(cè)濃度范圍為5-80 nmol/L,最低檢測(cè)限(3σ)為5 nmol/L。構(gòu)建成功的Cu~(2+)和Hg~(2+)熒光檢測(cè)傳感器在對(duì)實(shí)際水樣(自來水和太湖水)中Cu~(2+)和Hg~(2+)的加標(biāo)測(cè)定均取得了較為滿意的回收率。研究Cu~(2+)和Hg~(2+)對(duì)SP-GNCs的熒光猝滅機(jī)制得出,兩者都是通過靜態(tài)猝滅機(jī)制作用于SP-GNCs。4.基于葉枯唑?qū)P-GNCs的熒光猝滅效應(yīng),設(shè)計(jì)和建立以SP-GNCs作為熒光探針快速檢測(cè)葉枯唑的可視化熒光測(cè)定方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在pH為8.0,室溫反應(yīng)10 min的最佳檢測(cè)條件下,葉枯唑的線性檢測(cè)濃度范圍為5-100μg/mL,最低檢測(cè)限(3σ)為5μg/m L。所建立的熒光探針對(duì)樂果(Dim)、吡蟲清(Ace)、除蟲菊脂(Pyr)、草甘膦(Gly)和吡蟲啉(Imi)等5種大白菜種植常用的農(nóng)藥無明顯響應(yīng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)葉枯唑的選擇性檢測(cè)。同時(shí),所建立的熒光探針還可以進(jìn)行可視化快檢。對(duì)市售大白菜樣品的加標(biāo)回收檢測(cè)效果良好。研究葉枯唑猝滅SP-GNCs熒光機(jī)理,表明其熒光猝滅過程分為兩步,首先通過靜電作用結(jié)合到配體蛋白上,再經(jīng)由類似巰基蝕刻作用使金核分解失去熒光效應(yīng)。5.研究配體蛋白預(yù)變性處理和金屬摻雜對(duì)GNCs熒光性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在對(duì)大豆蛋白進(jìn)行預(yù)變性處理后,合成得到的變性大豆蛋白模板化金納米簇(dSP-GNCs)和原SP-GNCs相比有明顯的熒光增強(qiáng)現(xiàn)象,其中,熱變性處理組(熒光增強(qiáng)31倍)優(yōu)于采用變性劑處理組(熒光增強(qiáng)23倍)。同時(shí),兩者的熒光發(fā)射峰位置均發(fā)生了紅移,分別位于651 nm和669 nm處。采用熱變性預(yù)處理的大豆蛋白dSP合成Ag摻雜GNCs時(shí),在Au:Ag摩爾比為9:1,60℃反應(yīng)6 h的最佳合成條件下,制得的Ag摻雜變性大豆蛋白模板化金納米簇(dSP-Ag/AuNCs)和原SP-GNCs相比熒光增強(qiáng)至106倍,熒光發(fā)射峰位置也紅移至702 nm處。通過結(jié)合光譜和能譜等表征手段有力確證了dSP-Ag/AuNCs的形成。TEM顯示呈球形顆粒分散,平均直徑為1.93 nm。綜上,本論文以大豆蛋白為模板成功制備了優(yōu)于BSA等模式蛋白保護(hù)的金納米簇(量子產(chǎn)率約6%)熒光性能的SP-GNCs,并基于其熒光效應(yīng)成功構(gòu)建了對(duì)重金屬離子(Cu~(2+)和Hg~(2+))和農(nóng)藥小分子(葉枯唑)的熒光檢測(cè)傳感器,均表現(xiàn)出優(yōu)良的檢測(cè)應(yīng)用效果。此外,通過對(duì)配體大豆蛋白預(yù)變性處理和Ag摻雜技術(shù)制備得到了熒光性能顯著提高的新型金納米簇。由此可見,以成本更低廉和獲得更加便利的大豆蛋白為模板來合成貴金屬納米簇材料,其性能和應(yīng)用效果并不遜色于之前已報(bào)道的采用模式蛋白或功能酶為配體合成的納米簇。本論文為拓寬GNCs合成配體研究范圍提供了極具實(shí)際意義的實(shí)例參考,同時(shí)也為研究改善和提高以蛋白為模板的GNCs熒光性能提供了思路和方法借鑒。
【圖文】：

圖 1-14 BSA 模板化金納米簇合成示意圖[37]Fig.1-14 Schematic of the formation of AuNCs in BSA[37]，我們結(jié)合貴金屬納米簇配體的演化過程簡(jiǎn)要?dú)w納了采用“Bottom-u簇的幾種常見方法：經(jīng)典 Brust-Schiffrin 法（兩相/單相）、光致還原法

圖 1-18 配體和 Au 核之間 LMCT 的兩種途徑[53]Fig.1-18 Two approaches of ligand-metal charge transfer (LMCT)[53]
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;O657.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 藺超;宮賀;范樓珍;李曉宏;;DNA/銀納米簇?zé)晒馓结樤跈z測(cè)Pb~(2+)中的應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年06期

2 何樹華;何德勇;章竹君;;流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法測(cè)定噻枯唑[J];農(nóng)藥;2007年03期

，

本文編號(hào)：2620356