荧光金纳米团簇的功能化设计及其在生命分析中的应用

As a novel luminescent inorganic nano material, gold nanocluster has advantages of good biocompatibility, low toxicity, well photophysical properties, small size, large surface area, and adjustable fluorescence properties. It has potential applications in the fields of fluorescence imaging, photoelectric devices, and biological detection. Although the fabrication and application of some kinds of gold nanocluster have been reported, the relationship between fluorescence and composition/structure is still lack of in-depth study. At the same time, the application of gold nanocluster in bioanalysis has to be further expanded. This project aims at systematically study on the relationship between the fluorescence properties of gold nanoclusters and their composition, particle size, and ligand properties. The revealing mechanism and influence factors of the fluorescence are used to guide the design and synthesis of functionalized gold nanoclusters with high quantum yield. A series of gold nanoclusters probes with different functions such as pH response, active oxygen response, chiral recognition, ion recognition, molecular recognition are accordingly designed and fabricated for bioanalytical applications. Furthermore, multifunctional gold nanoclusters are designed and used as analytical probes by utilizing properties of the gold core and the shell ligands.

金纳米团簇作为一种新型的荧光无机纳米材料，具有生物相容性好、比表面积大、光物理性质好、表面易于修饰以及荧光性质可调等优点，在荧光成像、光电器件、生物检测等领域有着广泛的应用前景。虽然目前对金纳米团簇有了一定的研究及应用，但是对于其荧光与组成/结构的关系尚缺乏深入系统的研究，同时在生命分析领域的应用也有待进一步的拓展。本项目针对目前金纳米团簇荧光量子产率较低的问题，旨在通过系统研究金纳米团簇的荧光性能与金核组成、粒径、配体性质等的关系，揭示金纳米团簇荧光发生机制及影响因素，并用于指导设计合成单分散、高量子产率的水溶性金纳米团簇。以具有刚性结构或可诱导产生刚性结构的硫醇作为兴趣配体，通过可控制备和表面修饰，得到一系列不同功能的金纳米团簇探针。在单功能金纳米簇的基础上，综合利用金核和外壳配体的性质特征，设计合成多功能化金纳米团簇并用于建立生物活性物质检测以及细胞标记与成像等生命分析新方法。

金纳米团簇（AuNCs）作为一种新型的荧光无机纳米材料，具有生物相容性好、比表面积大、光物理性质好、表面易于修饰以及荧光性质可调等优点，在荧光成像、光电器件、生物检测等领域有着广泛的应用前景。本研究项目通过设计并筛选能够用于功能化AuNCs合成的配体，利用可控纳米制备技术及表面化学修饰技术调控金纳米团簇荧光性质，系统研究了金簇荧光性质的影响因素，并构建立一系列生命分析新方法与新技术。分别以6-氮杂-2硫代-胸腺嘧啶（ATT）、L-甲硫氨酸（Met）、N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）和蛋白质为配体保护分子合成得到了几种不同功能化的AuNCs，并对这些新材料进行了充分的表征，系统探讨了它们的稳定性，并将其成功应用于分析测定体系中，实现了离子、药物分子、生物活性小分子和生物酶的检测。另外，基于主客体识别作用，提出了一种新的提高AuNCs发光效率的合成方法，所得产物的荧光量子产率高达65%，通过充分的表征和理论计算，实验得出AuNCs荧光增强的机制来源于其外壳配体分子的刚化作用。最后，基于高分子-配体相互作用，介绍了一种将水不溶性荧光AuNCs转换为水溶性荧光AuNCs的方法，并对高分子与配体间相互作用进行了深入研究，证实了该制备方法具有良好的通用性。相关研究成果已在Angewandte Chemie International Edition、Chemistry of Materials、Analytical Chemistry、Journal of Physical Chemistry Letters、Biosensors & Bioelectronics、ACS Sensors、Journal of Hazardous Materials等SCI期刊发表论文32篇，获授权国家发明专利13项。