贵金属纳米团簇的制备及在生物检测中的应用

介绍了贵金属纳米团簇(noble metallic nanoclusters, NMNCs)的研究现状及其作为一种新型荧光标记纳米材料在生物检测中的重要作用。重点总结了贵金属纳米团簇的优异性质、三种常用的制备方法(模板法、单分子层保护法和蚀刻法)及其近年来在生物传感器、生物探针、细胞标记及成像等领域的应用进展。简要评述和展望了贵金属纳米团簇的发展方向和应用前景。     

银纳米簇在生物成像及生物检测中的研究进展

由于银纳米簇的尺寸接近电子的费米能级,其能级不连续而发生能带分裂。通过与光的相互作用,能级之间发生不连续的电子跃迁,使银纳米簇表现出强烈的荧光性质。银纳米簇凭借其易合成、荧光量子产率高、可调荧光发射波长(从可见光区到近红外区)、光稳定性和生物相容性良好等优势在生物成像及生物检测等领域引起了越来越多的关注。本文结合近年来关于银纳米簇的研究,详述了其在这两方面的以下几个部分的应用研究进展:DNA调控或标记的银纳米簇的生物成像、有其他金属掺杂的银纳米簇的生物成像、以蛋白为模板合成的银纳米簇的生物成像、利用银纳米簇的荧光特性对生物酶、蛋白、肽、氨基酸、基因、DNA、腺苷、细菌以及抗菌活性等的检测,并对银纳米簇的应用所面临的挑战和发展趋势进行了展望。     

温敏性碳量子点的快速制备、荧光性质及细胞成像应用

以草酸和尿素为碳源,超纯水为溶剂,采用微波方法快速合成了具有热敏性的氮掺杂碳量子点,对其形貌、结构、荧光性质和荧光强度的影响因素,以及细胞毒性进行了测试和讨论,并用于小鼠结肠癌细胞(CT26.WT)成像。结果表明,制备的碳量子点近似球形,粒径约3.8 nm。碳量子点具有良好的温度响应的荧光性质。在10~80℃温度范围内,相对荧光强度与温度之间存在良好的线性关系。随着温度的增加,碳量子点的荧光强度减小,温度从10℃升至80℃,相对荧光强度减少了25%,当温度反向降低时,其荧光强度恢复到原始值。碳量子点温度与荧光强度之间的线性关系,使之在温度响应的荧光传感领域具有潜在的应用价值。对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,当草酸和尿素质量比为3∶1时,荧光量子产率最高,为9.5%。另外,合成的碳量子点还具有优异的抗盐性能、强稳定性等特点,不仅能有效被CT26.WT细胞吞噬,还显示出低毒性和生物相容性,MTT分析结果表明,在1 000μg·mL~(-1)的碳量子点存在下,CT26.WT细胞存活率达85%,荧光碳量子点有望作为温敏性的荧光纳米探针在细胞研究领域得到应用。     

超小金纳米簇用于荧光及CT双模态成像的研究

基于金纳米簇强烈的量子限制效应（strong quantum confinement effect,SQCE）,采用一步合成法,制备了同时具有高效近红外荧光与CT双模态成像能力的超小金纳米簇.实验表明,通过优化合成比例以及合成条件,所合成的超小金纳米簇具有很大的斯托克斯（Stokes）位移、较高的荧光强度和X射线吸收效率.除此之外,该超小金纳米簇具有良好的单分散性、稳定性和生物相容性.4T1肿瘤细胞荧光成像实验结果表明,该纳米粒子可被肿瘤细胞快速、高效地摄取.     

铜纳米簇聚集体的合成、发光与胞内温度传感

发光的金属纳米簇由于毒性小、成本低和生物相容性好等优势引起了人们的广泛关注,然而制备具有强发光的铜纳米簇聚集体是一个很大的挑战。以手性氨基酸D-青霉胺为原料,“一步法”合成了具有强发光的铜纳米簇聚集体,并通过红外光谱、热重分析、X-射线光电子能谱、X-射线衍射、质谱、扫描电镜、透射电镜、发光光谱和激光共聚焦显微镜表征技术对其进行了详细研究。结果表明：铜纳米簇聚集体的悬浊液和固体显示出很强的发光,绝对发光量子产率高达30.4%。而且,发光的铜纳米簇聚集体细胞毒性很低,可以在人肝癌细胞HepG2中实现胞内成像以及依赖于温度的胞内成像。铜纳米簇聚集体的发光行为在细胞成像方面的应用探索为人们在其它领域进行应用提供了重要参考。     

手性金纳米团簇:一种新型近红外荧光探针

近红外荧光成像具有低背景荧光干扰、强组织穿透力和对生物机体无光损伤等优点, 因此发展具有良好生物相容性、量子产率高、化学及光稳定性好的水溶性长波段近红外荧光探针成为目前的研究热点. 与有机近红外荧光染料相比, 无机纳米近红外荧光探针因其具有较高的摩尔消光吸光系数和荧光量子产率、抗光漂白能力强、发射光谱集中且可调等特点而备受重视. 采用N-异丁酰基-L(D)-半胱氨酸(N-isobutyryl-L(D)-cysteine, L(D)-NIBC)手性对映异构体作为还原剂和稳定剂一步法直接制备得到两种平均粒径小于2 nm的水溶性手性金纳米团簇(L-NIBC-AuNCs和D-NIBC-AuNCs). CD光谱显示二者在230~360 nm波段的圆二色性完美对称, 荧光光谱显示二者均在900~1000 nm的近红外波段具有较强的荧光发射峰, 且二者的荧光量子产率分别达到6.9% (L-NIBC-AuNCs)和8.2% (D-NIBC-AuNCs), 细胞毒性实验表明这两种手性金纳米团簇均无细胞毒性. 上述结果表明两种手性金纳米团簇不仅符合成为近红外荧光探针的基本要求, 而且还具有不对称光学活性和潜在的手性识别能力等独特性质. 手性金纳米团簇具有成为一类全新的近红外荧光探针的潜力, 为将来实现对特定分子通过手性识别来进行体内近红外荧光示踪和成像提供了全新的思路.     

利用聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)银纳米团簇构建宽pH响应范围的激发比率型荧光探针EI北大核心CSCD

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)为pH敏感单体,合成聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸),并以此作为模板制备了pH敏感的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)银纳米团簇。结合了时间分辨荧光、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)方法,对团簇的光学性能进行了研究。团簇的荧光对不同的pH具有灵敏的响应。团簇的荧光强度与pH在4.95~11.02的范围内呈线性关系,高pH(11.02)与低pH(4.95)相比,荧光强度降低约62.4%。同时,305 nm与453 nm处荧光激发强度的比值(I;/I;)与pH在5.94~11.02的宽范围内成线性关系,利用该荧光比率可以对pH进行定量检测。     

氮掺杂碳量子点的制备及在细胞温度传感中的应用

该研究以生物质西红柿为碳源和氮源,通过微波法制备了氮自掺杂碳量子点（N-CQDs）。通过场发射透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和荧光光度计等对其形貌、结构、稳定性、光电性能、温敏性及细胞毒性进行考察,并用于活细胞温度传感研究。实验结果表明,所制备的N-CQDs稳定性强,光电性能优异,对温度具有较强的敏感性。在25～65℃范围内,N-CQDs的荧光强度随着温度的升高而降低,两者呈良好的线性关系。N-CQDs能穿透4T1细胞的细胞膜,显示出低毒性和生物相容性,在4T1细胞中具有良好的温度传感性能。该N-CQDs在活细胞荧光温度传感领域具有较大的应用潜能,有望作为温敏型纳米荧光探针在细胞研究等生物医学领域得到广泛应用。     

新型水溶性多色荧光碳点的制备及细胞成像研究

以鸡蛋清和牛奶分别与葡萄糖进行水热反应,制备水溶性多色荧光碳点,通过膜和柱层析分离纯化,利用透射电子显微镜(TEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(FL)、红外光谱(FTIR)等技术对所制备碳纳米粒子的粒径大小、吸收光谱、发光性质、表面基团进行表征。将所制备的碳点与小鼠黑色素瘤细胞共孵育,进行细胞成像应用评价。结果表明:制备的两种水溶性荧光碳点平均粒径分别为2.5 nm和4.9 nm,可在紫外灯下发出明亮的荧光,紫外最大吸收波长为250 nm。基于鸡蛋清或牛奶与葡萄糖反应制备的多色荧光碳量子点具有良好水溶性,其荧光光谱最大发射波长分别在410 nm和400 nm处,同时在660~800 nm激发波长范围内具有上转换性质,且荧光发射光谱随着激发光波长的增加发生红移。红外光谱表明存在—COOH、—NH2和—OH基团。细胞成像结果表明,在405 nm或488 nm激光照射下,所制备的碳点在细胞内的荧光成像清晰可见,而且在碳点浓度小于2.5 mg/mL时,均表现出较低的细胞毒性。     

金纳米簇的制备及其在生物医学中的应用

金纳米簇由几个到几十个金原子组成,具有尺寸小、荧光性能好、无毒等优点,被广泛应用于生物医学领域。本文介绍了包括模板法,刻蚀法,可逆相转移法和动力学控制法等金纳米簇的主要制备方法,并综述了金纳米簇在生物医学上的主要应用,包括生物检测、荧光成像和药物控释。