本發(fā)明涉及金納米團簇，具體地，涉及基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系的制備方法。

背景技術：

金納米團簇(AuNCs)是由幾個到幾十個原子核心，有機單分子如硫醇類化合物或者蛋白質等作為保護基團組合而成的分子聚集體。AuNCs由于理想的光性能和電性能成為了目前研究熱點之一。研究表明，當AuNCs逐漸減小到電子的費米波長相當時(通常＜1.5nm)，由于兩字尺寸效應，會呈現出和半導體類似的特征，產生分立能級，并會激發(fā)出熒光。

相對于傳統(tǒng)的熒光標記物而言，AuNCs具有許多優(yōu)勢，如：具有很高的生物相容性、毒性低、光穩(wěn)定性、可以在非常溫和的條件下就能夠合成而得，并且發(fā)光顏色隨著團簇尺寸可調；但是具有致命的缺陷，即發(fā)光量子產率低下，通常都低于10％，正是這個缺陷極大地限制了AuNCs的應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系的制備方法，通過該方法制得的金納米團簇熒光體系具有優(yōu)異的發(fā)光量子產率。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系的制備方法，包括：將金納米團簇溶液、改性金納米棒溶液與緩沖溶液進行接觸反應以制得基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系；

其中，改性金納米棒溶液中的改性金納米棒包括金納米棒、二氧化硅層和氨基修飾層，二氧化硅層包覆于金納米棒的外部，氨基修飾層分布于二氧化硅層的外表面；所述金納米團簇溶液中金納米團簇的外層保護基團選自牛血清白蛋白、人血清白蛋白和谷胱甘肽中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了一種基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系，該金納米團簇熒光體系通過上述的方法制備而成。

通過上述技術方案，本發(fā)明通過利用改性金納米棒(AuNR@SiO₂@NH₂，AuNR指的是金納米棒)與金納米團簇(AuNCs)之間進行復合制得AuNR@SiO₂@NH₂@AuNCs結構，該結構粒子能夠實現表面等離子體的共振，進而實現了熒光的增強，即提高了金納米團簇的發(fā)光量子產率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是實施例1的制備原理圖；

圖2是檢測例1中金納米棒的透射電鏡圖；

圖3是檢測例2中AuNR@SiO₂溶液A1的透射電鏡圖；

圖4是檢測例2中AuNR@SiO₂溶液A2的透射電鏡圖；

圖5是檢測例2中AuNR@SiO₂溶液A3的透射電鏡圖；

圖6是檢測例3中D3的在低倍下的透射電鏡圖；

圖7是檢測例3中D3的在高倍下的透射電鏡圖；

圖8是檢測例4中AuNCs的透射電鏡圖；

圖9是檢測例7中D6、D7、E1、E3的熒光光譜圖；

圖10是檢測例5中D1、D2、D3、D4、D5、E1和E2的熒光光譜圖；

圖11是檢測例6中F1、E1、A2、B2、G12的紫外光譜圖；

圖12是檢測例8中D8、D9、D10、E1、E4的熒光光譜圖；

圖13是檢測例12中E1、E6-E11的熒光光譜圖；

圖14是檢測例11中E2、E12-E17的熒光光譜圖；

圖15是檢測例10中D3、D11-D16的熒光光譜圖；

圖16是檢測例12中E7、D17-D24的熒光光譜圖。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系的制備方法，包括：將金納米團簇溶液、改性金納米棒溶液與緩沖溶液進行接觸反應以制得基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系；

其中，改性金納米棒溶液中的改性金納米棒包括金納米棒、二氧化硅層和氨基修飾層，二氧化硅層包覆于金納米棒的外部，氨基修飾層分布于二氧化硅層的外表面；所述金納米團簇溶液中金納米團簇的外層保護基團選自牛血清白蛋白、人血清白蛋白和谷胱甘肽中的一種或多種。

在本發(fā)明中，金納米團簇與改性金納米棒的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，相對于金納米團簇溶液中的1μmol的金納米團簇，改性金納米棒的用量為0.0327-0.0607μmol。

在本發(fā)明中，金納米團簇溶液與改性金納米棒溶液的濃度可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，金納米團簇溶液中金納米團簇的濃度為6.87×10^-11-7.41×10^-11mol/L^-1，改性金納米棒溶液的濃度為2.43×10^-12-4.50×10^-12mol/L^-1。

在本上述金納米團簇溶液與改性金納米棒溶液的濃度的前提下，金納米團簇溶液與改性金納米棒溶液的具體用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，相對于100μL的緩沖溶液，金納米團簇溶液的用量為100-120μL，改性金納米棒溶液的用量為30-100μL。

在本發(fā)明中，改性金納米棒中的氧化硅層的厚度可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，在改性金納米棒中，二氧化硅層的厚度為5-27nm。

在本發(fā)明中，改性金納米棒的具體結構和組成可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，相對于1μmol的金納米棒，二氧化硅層中二氧化硅的含量為0.801-0.874μmol，氨基修飾層中氨基修飾基團的含量為0.0422-0.0461μmol。在本發(fā)明中，金納米團簇的具體結構和組成可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高提高金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，所述金納米團簇包括金原子核心，所述外層保護基團包覆于所述金原子核心的外部，所述金原子核心的粒徑為46-53nm，所述外層保護基團的厚度為5-27nm。

另外，改性金納米棒的氨基修飾基團的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高制得的金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，氨基修飾基團為為如式(I)所示結構的基團(通過APTES即3-氨丙基三乙氧基硅烷脫去乙基而得)，

同時，緩沖溶液的pH可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高制得的金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，緩沖溶液的pH為5.8-6.4。

此外，緩沖溶液的pH可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高制得的金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，緩沖溶液選自PBS緩沖溶液。

在上述內容的基礎上，接觸反應的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高制得的金納米團簇熒光體系的發(fā)光量子產率，優(yōu)選地，接觸反應至少滿足以下條件：反應溫度為25-30℃，反應時間為55-65min。

本發(fā)明還提供了一種基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系，該金納米團簇熒光體系通過上述的方法制備而成。

本發(fā)明也提供了改性金納米棒溶液的制備方法，該方法包括：

1)將金納米棒溶液調為堿性，接著加入含正硅酸乙酯(TEOS)的甲醇溶液進行接觸反應，反應結束后離心、洗滌，然后將產物分散于異丙醇溶液中以得到AuNR@SiO₂溶液；

2)將APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液加入至AuNR@SiO₂溶液中進行接觸反應，反應結束后離心、洗滌，然后將產物分散于水中以得到AuNR@SiO₂@NH₂溶液。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

制備例1

金納米棒(AuNR)溶液的制備：

1)金種的制備：稱取0.3645g的CTAB(十六烷基三甲基溴化胺)于50mL錐形瓶中，加入10mL二次水溶解，向其中依次加入250μL的濃度為0.01M的HAuCl₄溶液以及600μL的NaBH₄溶液(冰水現配)，快速搖均勻2min后，溶液的顏色由黃色變成淺棕色，將溶液在30℃水浴中靜置放置2h以制得金種溶液。

2)生長液的制備：稱取5.4675g的CTAB于250mL容量瓶中，加入150mL二次水溶解后，加入7.5mL的0.01M的HAuCl₄，搖均勻后加入1.2mL的0.01M的AgNO₃溶液；搖均勻后加入3mL的1M的HCl，搖均勻后加入加入1.2mL的0.1M的AA(抗壞血酸)以制得生長液。

3)混合搖均勻生長液后，取210μL種子液快速注入上述金種溶液中并搖勻放置在30℃恒溫水浴鍋中12h以得到金納米棒溶液。

4)純化金納米棒溶液：取上述10ml金納米棒溶液在離心機中以8000r/min的速率離心10min，用移液槍小心地將上層清液取出，用二次水將下層沉淀稀釋至10mL，重復上述的離心操作，將下層沉淀用二次水分散后得到金納米棒溶液F1，放入冰箱中待用。其濃度根據朗伯比爾定律計算。

制備例2

AuNR@SiO₂@NH₂溶液的制備：

1)AuNR@SiO₂溶液的制備：取20mL上述純化好的金納米棒溶液置于50mL圓底燒瓶中，用0.1M的NaOH溶液調pH在10-11，攪拌1h后，每隔30min依次加入10μL含20重量％的TEOS的甲醇溶液(加入三次，一共30μL)，25℃下攪拌反應36h。取14ml溶液用甲醇溶液6500r，10min洗三次后，分散在異丙醇溶液中，可得到SiO₂層厚度為7nm的AuNR@SiO₂溶液，另取6ml溶液離心分散于6mL水中制得AuNR@SiO₂溶液A1待用。

2)AuNR@SiO₂@NH₂溶液的制備：在80℃油浴條件下，向10mL的AuNR@SiO₂溶液中加入3μL的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液，攪拌反應4h，得到的產物用甲醇溶液6000r，10min洗三次，分散在二次水中制得AuNR@SiO₂@NH₂溶液B1，置于冰箱中待用。

制備例3

按照實施例2的方法進行制得AuNR@SiO₂溶液A2，AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2，其中SiO₂層的厚度為15nm，不同的是TEOS的甲醇溶液的用量為45μL。

制備例4

按照實施例2的方法進行制得AuNR@SiO2溶液A3，AuNR@SiO₂@NH₂溶液B3，其中SiO₂層的厚度為24nm，不同的是TEOS的甲醇溶液的用量為60μL。

制備例5

金納米團簇(AuNCs)溶液的制備：

向5ml的50mg/ml的BSA(牛血清白蛋白)溶液中加入5ml的濃度為0.01M的HAuCl₄溶液，用1M的NaOH溶液調pH為11-12，37℃水浴中靜置生長12h；最后用100kDa透析膜于二次水中透析24h，每隔8h換一水，得到的金納米團簇(AuNCs)溶液置于冰箱中待用。

實施例1

取100μL上述AuNCs溶液，再加入100μL的pH＝6的0.1M的PBS溶液，接著向其中依次加入30μL的AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2定容至2mL，得到AuNR@SiO₂@NH₂@AuNCs復合結構G1，25℃下靜置反應1h得到基于表面等離子體增強的金納米團簇熒光體系D1；具體的制備原理以及步驟可參見圖1，即先是在AuNR的表面形成二氧化硅包覆層，然后再包覆層的表面修飾氨基基團以得到AuNR@SiO₂@NH₂，然后將牛血清白蛋白改性的AuNCs與AuNR@SiO₂@NH₂復合制得AuNR@SiO₂@NH₂@AuNCs。

實施例2

按照實施例1的方法進行得到熒光體系D2，不同的是AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2的用量改為50μL。

實施例3

按照實施例1的方法進行得到熒光體系D3，不同的是AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2的用量改為70μL。

實施例4

按照實施例1的方法進行得到熒光體系D4，不同的是AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2的用量改為90μL。

實施例5

按照實施例1的方法進行得到熒光體系D5，不同的是AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2的用量改為110μL。

實施例6

按照實施例2的方法進行得到金納米團簇熒光體系D6，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為AuNR@SiO₂@NH₂溶液B1。

實施例7

按照實施例3的方法進行得到金納米團簇熒光體系D7，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為AuNR@SiO₂@NH₂溶液B1。

實施例8

按照實施例1的方法進行得到金納米團簇熒光體系D8，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為AuNR@SiO₂@NH₂溶液B3。

實施例9

按照實施例2的方法進行得到金納米團簇熒光體系D9，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為AuNR@SiO₂@NH₂溶液B3。

實施例10

按照實施例3的方法進行得到金納米團簇熒光體系D10，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為AuNR@SiO₂@NH₂溶液B3。

實施例11

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D11，不同的是將PBS溶液的pH換為4。

實施例12

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D12，不同的是將PBS溶液的pH換為5。

實施例13

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D13，不同的是將PBS溶液的pH換為7。

實施例14

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D14，不同的是將PBS溶液的pH換為8。

實施例15

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D15，不同的是將PBS溶液的pH換為9。

實施例16

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D16，不同的是將PBS溶液的pH換為10。

實施例17

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D15，不同的是靜置反應時間為10min。

實施例18

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D18，不同的是靜置反應時間為20min。

實施例19

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D19，不同的是靜置反應時間為30min。

實施例20

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D20，不同的是靜置反應時間為40min。

實施例21

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D21，不同的是靜置反應時間為45min。

實施例22

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D22，不同的是靜置反應時間為50min。

實施例23

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D23，不同的是靜置反應時間為60min。

實施例24

按照實施例3的方法進行得到熒光體系D24，不同的是靜置反應時間為120min。

對比例1

按照實施例1的方法進行得到金納米團簇熒光體系E1，不同的是，將AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2的用量改為0μL。

對比例2

按照實施例3的方法進行得到熒光體系E2，不同的是，將70μL的AuNR@SiO₂@NH₂溶液B2換為70μL的AuNR@SiO₂溶液A2。

對比例3

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E3，不同的是，將AuNR@SiO₂溶液A2換成AuNR@SiO₂溶液A1。

對比例4

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E4，不同的是，將AuNR@SiO₂溶液A2換成AuNR@SiO₂溶液A3。

對比例5

按照實施例2的方法進行得到熒光體系E5，不同的是靜置反應時間為0min。

對比例6

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E6，不同的是將PBS溶液的pH換為4。

對比例7

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E7，不同的是將PBS溶液的pH換為5。

對比例8

按照對比例1的方法進行得到熒光體系E8，不同的是將PBS溶液的pH換為7。

對比例9

按照對比例1的方法進行得到熒光體系E9，不同的是將PBS溶液的pH換為8。

對比例10

按照對比例1的方法進行得到熒光體系E10，不同的是將PBS溶液的pH換為9。

對比例11

按照對比例1的方法進行得到熒光體系E11，不同的是將PBS溶液的pH換為10。

對比例12

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E12，不同的是將PBS溶液的pH換為4。

對比例13

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E13，不同的是將PBS溶液的pH換為5。

對比例14

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E14，不同的是將PBS溶液的pH換為7。

對比例15

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E15，不同的是將PBS溶液的pH換為8。

對比例16

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E16，不同的是將PBS溶液的pH換為9。

對比例17

按照對比例2的方法進行得到熒光體系E17，不同的是將PBS溶液的pH換為10。

檢測例1

通過Tecnai G2 20ST(FEI)的透射電子顯微鏡對金納米棒(AuNR)溶液進行透射電鏡檢測，具體結果見圖2，由圖2可知金納米棒的粒徑在40-70nm之間，主要為46-53nm。

檢測例2

通過Tecnai G2 20ST(FEI)的透射電子顯微鏡對AuNR@SiO₂溶液A1-A3進行透射電鏡檢測，具體結果見圖3、圖4和圖5，由圖可知，圖3顯示AuNR@SiO₂溶液A1中AuNR@SiO₂的二氧化硅層的厚度為7nm，圖4顯示AuNR@SiO₂溶液A2中AuNR@SiO₂的二氧化硅層的厚度為15nm，圖5顯示AuNR@SiO₂溶液A3中AuNR@SiO₂的二氧化硅層的厚度為24nm，且二氧化硅層厚度均勻，分散性良好。

檢測例3

通過Tecnai G2 20ST(FEI)的透射電子顯微鏡對金納米團簇熒光體系D3進行透射電鏡檢測，具體結果見圖6-7，由圖可知，AuNR@SiO₂@NH₂與AuNCs已經相互復合。

按照相同的方法檢測到D1-D2、D4-D24中的AuNR@SiO₂@NH₂與AuNCs也已經相互復合。

檢測例4

通過Tecnai G2 20ST(FEI)的透射電子顯微鏡對金納米團簇AuNCs進行透射電鏡檢測，具體結果見圖8，由圖可知，AuNC的粒徑主要在2-4nm。

檢測例5

通過熒光分光光度計對D1、D2、D3、D4、D5、E1和E2進行熒光檢測，具體結果見圖10，由圖可知金納米棒修飾二氧化硅后會導致金納米團簇熒光淬滅，但是，在二氧化硅層進行修飾氨基使其與金納米團簇作用后，使金納米團簇的熒光增強，且隨著加入的氨基修飾的二氧化硅的金納米棒的量的增多，增強的效果越好，直到金納米棒與金納米團簇的濃度比適當，則不再變化。

檢測例6

通過紫外-可見分光光度計(U-3010，Hitachi)對上述F1、E1、A2、B2、G1進行紫外吸收檢測，具體結果見圖11，由圖可知修飾二氧化硅的金納米棒A2的紫外吸收圖相比于金納米棒F1發(fā)生紅移約5nm，證明二氧化硅的確包覆上金納米棒；且修飾過氨基的金納米棒B2相對于修飾二氧化硅的金納米棒A2的紫外吸收圖并未發(fā)生改變；而最終作用后E1的紫外吸收圖相對于G1的紫外吸收圖上的峰位置發(fā)生紅移，且在270nm處觀察到吸收峰，說明金納米團簇與改性后的金納米棒已經成功作用上。

檢測例7

通過熒光分光光度計對上述熒光體系D6、D7、E1、E3進行熒光檢測，具體結果見圖9，由圖可知，SiO₂層的厚度為7nm的AuNR@SiO₂@NH₂使金團簇的熒光淬滅。

檢測例8

通過熒光分光光度計對上述熒光體系D8、D9、D10、E1、E4進行熒光檢測，具體結果見圖12，由圖可知，SiO₂層的厚度為24nm的AuNR@SiO₂@NH₂使金團簇的熒光增強，但是增強效果弱于SiO₂層的厚度為15nm的AuNR@SiO₂@NH₂熒光體系。

檢測例9

通過熒光分光光度計檢測熒光體系E7、D17-D24的熒光強度，具體結果見圖16，由圖可知，熒光體系D3在反應時間為60min時的熒光強度最佳。

按照相同的方法檢測到D1-D16、E1-E4、E6、E8-E17也是在反應時間為60min時的熒光強度最佳。

檢測例10

通過熒光分光光度計檢測熒光體系D3、D11-D16的熒光強度，具體結果見圖15，由圖可知，本發(fā)明提供的熒光體系在pH為6時的熒光增強效果最佳。

檢測例11

通過熒光分光光度計檢測熒光體系E2、E12-E17的熒光強度，具體結果見圖14，由圖可知，上述熒光體系在pH為6時的熒光猝滅效果最佳。

檢測例12

通過熒光分光光度計檢測熒光體系E1、E6-E11的熒光強度，具體結果見圖13，由圖可知，上述熒光體系在pH為4-10的熒光穩(wěn)定。

按照相同的方法檢測到，D1-D10、E1-E5也是在pH為6時的熒光強度最佳。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。