荧光金纳米簇的制备及其固定化研究
荧光金纳米簇（FGC）是由几个或几十个金原子组成的团簇，由于其超小的尺寸，良好的生物相容性，光稳定性和低的生物毒性,而被公认为近年来最有前景的纳米材料之一。FGC通常通过在蛋白质、多肽和含硫醇的小分子保护下还原Au（III）来合成。因为蛋白质不需要其他还原剂就可以直接将Au（III）还原为FGC，并保护FGC防止其聚集或进一步生长为无荧光的较大纳米粒子，所以它可能是合成FGC过程中用到的各种保护配体中最理想的。迄今为止，许多蛋白质已被用于制备FGC，包括牛血清白蛋白（BSA）、转铁蛋白，抑肽酶和酯酶等。然而，大多数蛋白质配体是从动物或微生物中提取的，这导致它们缺乏可用性，高成本以及繁琐的分离和纯化过程。所以寻求低成本的，易提取的植物蛋白制取容易提纯的FGC仍然是十分重要的。 FGC由于具有独特的荧光性质，催化性质和磁学性质可以被应用于化学、生物和材料科学等领域，但是荧光金纳米簇往往处于水溶液中，这一点大大限制了它的应用。所以有很多研究致力于将FGC固定化。比如通过将FGC固定在滤纸、玻璃、聚电解质、电纺膜和二氧化硅上，可将基于FGC的固体传感器用于检测金属离子，但是这些固定过程很容易影响FGC的荧光。此外，基质材料可能会阻碍FGC与金属离子之间的相互作用，从而延迟FGC对金属离子的荧光响应。所以开发一种不会影响FGC与离子相互作用的固定化方法是非常有意义的。另外也有研究小组将FGC固定之后用于制备发光二极管（LEDs）和用作可循环利用的模拟酶等，但是选用更适合的金纳米簇，更无污染的基质和更简单的固定方法仍值得我们进行研究。 本论文以荧光金纳米簇（FGC）为研究对象，研究了如何使用易提取的、价格低廉的植物蛋白质制备FGC以及利用配体自身的成膜性质实现玉米醇溶蛋白保护的金纳米簇（Z-FGC）的固定化。之后又利用配体和无机盐的静电相互作用实现谷胱甘肽保护的金纳米簇(GSH-FGC)的固定化。我们开展的研究工作如下： 我们选用了低成本，可持续且丰富的植物蛋白-玉米醇溶蛋白（zein）来制备FGC。玉米是世界上三大主要粮食作物之一，玉米醇溶蛋白则是玉米中的的主要蛋白质，它可以很容易地从玉米中提取出来。对于FGC的制备来说，反应的pH值、反应时间、反应温度以及试剂浓度对最终能否成功制备FGC和合成的FGC的量子产率高低起着决定性的作用。所以我们从这四个方面研究,成功用玉米醇溶蛋白合成了在365nm激发下在442和655nm具有双发射的玉米醇溶蛋白保护的荧光金纳米簇（Z-FGC）。由于玉米醇溶蛋白在60-90%乙醇溶液和碱性溶液是可以溶解的，而在酸性溶液里是不可溶的。所以耗时的透析过程可以用简单的将Z-FGC溶液与酸性缓冲溶液替代，只需要将其混合几分钟，就可将合成的Z-FGC提纯。由于Ag+/Hg2+可以使Z-FGC在655nm处的荧光强度增强/减弱，而在442nm处的荧光强度不变，所以我们基于Z-FGC开发了一种可以检测Ag+或Hg2+浓度的比率荧光探针并对Ag+使荧光增强和Hg2+使荧光减弱的原因进行了探讨。Z-FGC探针在很宽的pH值（pH6-10）和温度（20-60℃）范围内都能很好地工作，且可用于测定自来水中的Ag+/Hg2+离子。此外，玉米醇溶蛋白的自组装成膜性能在FGC合成后得以保留，这使得可以方便地制备Z-FGC膜，从而实时地视觉感测Ag+/Hg2+离子。 第二部分工作主要针对谷胱甘肽保护的金纳米簇（GSH-FGC）的固定化问题。首先我们研究了GSH-FGC在高浓度盐溶液中的稳定性并且对阳离子半径和所带电荷与GSH-FGC荧光强度的关系进行了探讨。然后将GSH-FGC置于NaCl的饱和溶液中，以制备具有高量子产率和高稳定性的混合晶体。随后利用发射橙色荧光的混合晶体设计了稳定的，绿色的且经济的LED。我们准备的LED由于其光稳定性，热稳定性和高发光效率而将成为非常有前途的材料，这也为其他各种金属纳米簇制备LED提供了一种新的方式。之后我们又将GSH-FGC固定于氟化钙中，在提高其催化活性的同时又可以使其重复利用。这为金簇的固定化及将其更好的应用于催化领域提供了新的思路。
荧光金纳米簇;植物蛋白质;成膜性质;固定化处理
吉林大学
硕士
物理化学
黄臻臻
2020
中文
TB342
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）