N-乙酰-l-半胱氨酸-金納米團簇熒光材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種N-乙酰-L-半胱氨酸-金納米團簇熒光材料及其制備方法。其以N-乙酰-L-半胱氨酸為模板原位合成金納米團簇熒光材料，N-乙酰-L-半胱氨酸作為穩定劑和還原劑控制金納米團簇的形成。本發明是一種新型金納米團簇熒光材料的制備方法，具有制備簡單環保，無需還原劑的優點。所制得的金納米團簇由具有強烈的紅色熒光（最大發射波長為650nm），長熒光壽命（765ns），高穩定性（時間、光、鹽和氧化穩定性）及較大的斯托克斯位移（~300nm）等特點。
【專利說明】N-乙酰-L-半胱氨酸-金納米團簇熒光材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及N-乙酰-L-半胱氨酸-金納米團簇熒光材料及其制備方法，屬于納米【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，熒光金屬納米團簇作為一種新型的熒光納米材料備受關注。金屬納米團簇是指在一定的分子層保護作用下，由幾個到幾百個金屬原子構成的分子級聚集體。由于其獨特的物理、電學和光學性質，金屬納米團簇在單分子光電、催化、生物成像和傳感器等領域顯示出廣泛的應用前景。在所有的金屬納米團簇材料中，金納米團簇(goldnanoclusters, AuNCs)因其具有化學性質穩定和生物相容性好等優點,是目前研究最多的一種金屬納米團簇材料。與小分子熒光染料和熒光蛋白相比，AuNCs用作熒光探針具有水溶性好、比表面積大、表面易于修飾、抗光漂白能力強以及熒光性質可調等優點。因此，金納米團簇有望彌補一些有毒小分子熒光染料的不足，甚至可以取代某些光穩定性差的傳統熒光探針。金納米團簇熒光材料的合成路線主要分為“自下而上”(bottom-up)和“自上而下”(top-down)兩種類型。對于“自下而上”的合成方法，金離子(Au3+或Au+)被還原為金原子，而后累積形成一定的團簇。與此相反，對于“自上而下”的合成方法，金納米團簇是通過使用適當的穩定劑去蝕刻較大的金納米粒子表面的原子而產生。
[0003]本發明在無添加任何其他還原劑的條件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸為模板原位合成金納米團簇熒光材料。N-乙酰-L-半胱氨酸作為穩定劑和還原劑控制金納米團簇的形成。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種N-乙酰-L-半胱氨酸-金納米團簇熒光材料及其在無添加任何其他還原劑的條件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸為模板原位合成金納米團簇熒光材料的方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
本發明所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇熒光材料的制備方法，其特征是由以下反應步驟制成:將濃度為0.02、.18 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和濃度為
0.Γ0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液加入到濃度為0.θΓθ.1 g/L的氯金酸溶液中，混勻，置于2(T70° C水浴恒溫反應(Γ3.5小時，反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理，得到金納米團簇熒光材料水溶液，金納米團簇熒光材料水溶液冷凍干燥后可得到金納米團簇熒光材料粉末。
[0006]本發明未添加任何其他還原劑，N-乙酰-L-半胱氨酸作為穩定劑和還原劑控制金納米團簇的形成。
[0007]所述氯金酸溶液、N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氫氧化鈉溶液的體積比為2:20:3，二者總體積為5 mL。
[0008]步驟所用的氯金酸溶液的濃度為0.02 g/L、體積為0.4 mL, N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氫氧化鈉溶液的濃度和體積優選為0.08 mol/L、4 mL和0.5 mol/L、0.6 mL,反應時間優選為2.5小時，反應溫度為37° C。
[0009]本發明制備的金納米團簇水溶液為無色，紫外-可見光譜無明顯吸收峰，在紫外燈照射下產生強烈的紅色熒光，最大激發波長和發射波長分別為355 nm和650 nm，量子產率為1.1%，熒光壽命為765 ns。
[0010]金納米團簇水溶液置于4 °C暗處保存一個月后，相對熒光強度保持在90%以上。
[0011]金納米團簇水溶液置于紫外燈下連續照射一小時后，相對熒光強度保持在90%以上。
[0012]金納米團簇水溶液置于2 mol/L氯化鈉溶液中孵育30分鐘后，相對熒光強度保持在95%以上。
[0013]金納米團簇水溶液置于2 mol/L過氧化氫溶液中孵育30分鐘后，相對熒光強度保持在95%以上。
[0014]本發明具體的金納米團簇熒光材料的制備:以下過程中使用的所有玻璃器皿均經過王水浸泡，并用雙蒸水徹底清洗，晾干。金納米團簇熒光材料的制備方法如下:將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37° C恒溫水浴槽中反應
2.5小時，反應液由淺黃色變為無色。反應結束后用分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。
[0015]本發明的優點:
(I)本發明在無添加任何其他還原劑的條件下，以N-乙酰-L-半胱氨酸為模板原位合成金納米團簇熒光材料。制備方法綠色環保，操作簡便快捷，重現性好。
[0016](2)本發明所制備的金納米團簇具有強烈的紅色熒光(最大發射波長為650 nm),長熒光壽命(765 ns)，高穩定性(時間、光、鹽及氧化穩定性)及較大的斯托克斯位移Γ300nm)等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為金納米團簇熒光納米材料分別在可見光(A)和紫外燈下(B)的外觀圖。
[0018]圖2為金納米團簇熒光納米材料的紫外-可見吸收光譜圖。
[0019]圖3為金納米團簇熒光納米材料的熒光光譜圖。
[0020]圖4為N-乙酰-L-半胱氨酸濃度對金納米團簇熒光強度的影響圖。
[0021]圖5為氫氧化鈉濃度對金納米團簇熒光強度的影響圖。
[0022]圖6為反應時間對金納米團簇熒光強度的影響圖。
[0023]圖7為金納米團簇熒光納米材料的透射電鏡圖。
[0024]圖8為金納米團簇熒光納米材料的選區電子衍射圖。
[0025]圖9為金納米團簇熒光納米材料的能量散射X射線能譜圖。
[0026]圖10為金納米團簇熒光納米材料的熒光壽命圖。
[0027]圖11為金納米團簇熒光納米材料的X射線光電子能譜圖。圖中:A為金的4f圖，B為硫的2p圖。
[0028]圖12為金納米團簇熒光納米材料的紅外吸收光譜圖。圖中:A為金納米團簇，B為N-乙酰-L-半胱氨酸。
[0029]圖13為金納米團簇的時間穩定性圖。
[0030]圖14為金納米團簇的光穩定性圖。
[0031]圖15為金納米團簇的鹽穩定性圖。
[0032]圖16為金納米團簇的氧化穩定性圖。
[0033]圖17為金納米團簇溶液的發射光強度值(F65tl)與溶液pH值之間的線性關系圖。
【具體實施方式】
[0034]實例1:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后的反應液用截留分子量為3500的透析袋進行透析純化處理。所得到的金納米團簇溶液可見光下為無色(見圖1中的A)，紫外燈照射下產生強烈的紅色熒光(見圖1中的B)，紫外-可見光譜無明顯吸收峰(見圖2)，最大激發波長和發射波長分別為355 nm和650 nm (見圖3)，量子產率為1.1%。
[0035]實例2:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL不同濃度的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液(0.02、.18 mol/L)中，混勻，置于37° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。如圖4所示，溶液在650 nm處的熒光強度值(F65tl)在N-乙酰-L-半胱氨酸溶液濃度為0.08 mol/L時達到最大。
[0036]實例3:
將0.6 mL不同濃度的氫氧化鈉溶液(0.1、.8 mol/L)與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。如圖5所示，溶液在650 nm處的熒光強度值(F65tl)在氫氧化鈉溶液濃度為0.5 mol/L時達到最大。
[0037]實例4:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應(Γ3.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。如圖6所示，溶液在650 nm處的熒光強度值(F65tl)在反應時間為2.5小時時達到最大。
[0038]實例5:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液滴涂在銅網上。透射電鏡分析(見圖7)表明金納米團簇的粒徑約為2.4 nm。能量散射X射線能譜分析(見圖8)表明產物含有金。選區電子衍射分析(見圖9)表明制備的金納米團簇為多晶。
[0039]實例6:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得的溶液進行熒光壽命測定，測得金納米團簇的熒光壽命值為765 nm (見圖10)。
[0040]實例7:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液冷凍干燥后得到粉末，取所得粉末進行X射線光電子能譜測定，在84.56乂和88.3 eV處出現金的4f峰，在162.9 eV和164.0 eV處出現硫的2p峰(見圖11中的A為金的4f圖，B為硫的2p圖)。
[0041]實例8:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液冷凍干燥后得到粉末，取所得粉末進行紅外吸收光譜測定，2547 cm-1S-H共振吸收明顯受到抑制，表明N-乙酰-L-半胱氨酸分子與金原子通過Au-S鍵結合(見圖12中的A為金納米團簇，B為N-乙酰-L-半胱氨酸)。
[0042]實例9:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液置于4 °C暗處保存一個月后，金納米團簇的相對熒光強度為90.8%(圖 13)。
[0043]實例10:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液置于紫外燈下連續照射一小時后，金納米團簇的相對熒光強度為91%(圖 14)。
[0044]實例11:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液置于2 mol/L氯化鈉溶液中孵育30分鐘后，金納米團簇的相對熒光強度為 97.5% (圖 15)。
[0045]實例12:
將0.6 mL濃度為0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液與0.4 mL濃度為0.02 g/L的氯金酸溶液加入到4 mL濃度為0.08 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液中，混勻，置于37 ° C恒溫水浴槽中反應2.5小時。反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理。將所得溶液置于2 mol/L過氧化氫溶液中孵育30分鐘后，金納米團簇的相對熒光強度為99.9% (圖16)。
[0046]實例I3:
在0.2毫升實施例1制得的金納米團簇中加入0.2毫升不同pH值(6.05飛.4)的磷酸鹽緩沖液(20 mmol/L)中，25° C反應10分鐘，測定溶液發射光強度值F65(l。如圖17所示，在
6.05?6.4pH值范圍內F65tl與溶液pH值呈線性關系，線性方程為F=17.53-2.73pH,r=0.998。對pH=6.1的溶液平行測定6次的相對標準偏差為2.3%。由此可見，本發明可以用于測定溶液pH值。
【權利要求】
1.一種N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇熒光材料的制備方法，其特征是由以下反應步驟制成:將濃度為0.02、.18 mol/L的N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和濃度為0.Γθ.8mo I/L的氫氧化鈉溶液加入到濃度為0.0Γ0.1 g/L的氯金酸溶液中，混勻，置于2(T70° C水浴恒溫反應(Γ3.5小時，反應結束后用截留分子量為3500的透析袋對反應液進行透析純化處理，得到金納米團簇熒光材料水溶液，金納米團簇熒光材料水溶液冷凍干燥后可得到金納米團簇熒光材料粉末。
2.根據權利要求1所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇熒光材料的制備方法，其特征是未添加任何其他還原劑，N-乙酰-L-半胱氨酸作為穩定劑和還原劑控制金納米團簇的形成。
3.根據權利要求1所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇熒光材料的制備方法，其特征是所述氯金酸溶液、N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氫氧化鈉溶液的體積比為2:20:3，三者總體積為5 mL。
4.根據權利要求1或2或3所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇熒光材料的制備方法，其特征是所用的氯金酸溶液的濃度為0.02 g/L、體積為0.4 mL，N-乙酰-L-半胱氨酸溶液和氫氧化鈉溶液的濃度和體積優選為0.08 mol/L、4 mL和0.5 mol/L、0.6 mL,反應時間優選為2.5小時，反應溫度為37° C。
5.一種權利要求1-4任一所述的方法制得的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇水溶液為無色，紫外-可見光譜無明顯吸收峰，在紫外燈照射下產生強烈的紅色熒光，最大激發波長和發射波長分別為355 nm和650nm，量子產率為1.1%，熒光壽命為765 ns。
6.根據權利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇水溶液置于4 °C暗處保存一個月后，相對熒光強度保持在90%以上。
7.根據權利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇水溶液置于紫外燈下連續照射一小時后，相對熒光強度保持在90%以上。
8.根據權利要求5所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇水溶液置于2 mol/L氯化鈉溶液中孵育30分鐘后，相對熒光強度保持在95%以上。
9.根據權利要求5或6或7或8所述的N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇，其特征是N-乙酰-L-半胱氨酸保護的金納米團簇水溶液置于2 mol/L過氧化氫溶液中孵育30分鐘后，相對熒光強度保持在95%以上。
【文檔編號】C09K11/58GK104227013SQ201410468921
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月13日 優先權日:2014年9月13日
【發明者】陳偉, 鄧豪華, 彭花萍, 劉愛林, 林新華 申請人:福建醫科大學