技术领域
本发明涉及3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料及其制备方法，属于纳米技术领域。
背景技术
近年来，金纳米团簇作为一种新型的荧光纳米材料备受关注。金纳米团簇是指在一定的分子层保护下，由几个到几百个金原子组成的相对稳定的分子级聚集体。由于其尺寸接近于电子的费米波长，连续的能态分裂为离散的能态，并出现了类似分子的尺寸依赖效应。与小分子荧光染料和荧光蛋白相比，金纳米团簇材料用作荧光探针具有光物理性质好、荧光性质可调、比表面积大以及表面易于修饰等优点。因此，金纳米团簇有可能弥补一些有毒小分子荧光染料的不足，替代某些光稳定性差的传统荧光探针，在生命分析、生物标记、药物传递等领域有着广泛的应用前景。
金纳米团簇荧光材料的合成路线主要可分为“自下而上”和“自上而下”两种类型。对于“自下而上”的合成方法，金离子（Au3+或Au+）直接被还原为金原子，而后累积形成一定的团簇。与此相反，对于“自上而下”的合成方法，金纳米团簇是通过使用适当的稳定剂蚀刻较大的金纳米粒子表面的原子而产生。近年来，国内外的研究者们对金纳米团簇的合成方法做出了很大的改进，利用模板法、单分子层保护法或配体蚀刻法，通过选择合适的保护剂或模板分子制备出了一系列高量子产率、水溶性好、发光颜色可调的金纳米团簇。
本发明以氯金酸、3-巯基丙酸、牛血清白蛋白为原料一步合成3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料。所制备的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇具有强烈的橙黄色荧光，荧光寿命长，量子产率高，稳定性高，斯托克斯位移大，水溶性好。
发明内容
本发明的目的是提供一种3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料的制备方法，采用一步法制备：牛血清白蛋白与氯金酸溶液混合均匀，然后加入氢氧化钠溶液和3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应，反应液由浅黄色变为无色，将反应液透析得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料粉末。
本发明所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇的制备方法，其特征是以牛血清白蛋白作为稳定剂，3-巯基丙酸为还原剂控制金纳米团簇的形成。
本发明所述得氯金酸溶液、牛血清白蛋白溶液、氢氧化钠溶液和3-巯基丙酸溶液的体积比为10:10:1:1。
所用的氯金酸溶液的浓度可以是1~100mmol/L，最优选浓度为10mmol/L，牛血清白蛋白溶液的浓度可以是20~120mg/mL，最优选浓度为50mg/mL，氢氧化钠溶液的浓度可以是0.5~1.5mol/L，最优选为1mol/L，3-巯基丙酸溶液的浓度可以是2~6mol/L，最优选浓度优选为4mol/L，反应时间可以是0.5~4h，最优选为1h。
上述反应液可以用截留分子量为3000~10000，最优的截留分子量7000的透析袋在浓度可以是10~100mmol/L，最优选浓度为20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析12~96小时，最优选48h，然后再在去离子水中继续透析6~24小时，最优选12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。
本发明最佳的金纳米团簇荧光材料的制备方法为：
以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。金纳米团簇荧光材料的制备如下：2.5mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25mL浓度为4mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应1h，反应液由浅黄色变为无色，得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。所得纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇为无色透明的液体，紫外灯（365nm）照射下有强烈橙黄色荧光。
本发明上述的制备方法制得的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，其特征是易溶于水，水溶液为无色，紫外可见光谱在280nm处有一弱的吸收峰。
所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，其特征是在紫外灯照射下产生强烈的橙黄色荧光，最大激发波长和发射波长分别为355nm和575nm，量子产率为16%。
所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，其特征是荧光寿命为281.2ns和1197ns。
所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，其特征是金纳米团簇粒径为1.59±0.27nm。
所述的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇，其特征是水溶液在4℃暗处下放置2个月无沉降物出现，荧光强度及最大发射峰位置保持不变。
本发明的优点：
（1）本发明以氯金酸、3-巯基丙酸、牛血清白蛋白为原料一步合成3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇荧光材料，具有制备快速、简单、环保的优点。
（2）本发明所制备的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇具有强烈的橙黄色荧光，荧光寿命长，量子产率高，稳定性高，斯托克斯位移大，水溶性好等特点。
附图说明
图1为金纳米团簇荧光纳米材料在可见光（A）和紫外灯下（B）的外观图。
图2为金纳米团簇荧光纳米材料的紫外可见吸收光谱图。
图3为金纳米团簇荧光纳米材料的激发和发射光谱图。
图4为牛血清白蛋白浓度对反应产物荧光强度的影响图。
图5为氢氧化钠浓度对反应产物荧光强度的影响图。
图6为3-巯基丙酸浓度对反应产物荧光强度的影响图。
图7为反应时间对反应产物荧光强度的影响图。
图8为金纳米团簇荧光纳米材料的荧光寿命图。
图9为金纳米团簇荧光纳米材料的透射电镜图。
图10为金纳米团簇荧光纳米材料的能量散射X射线能谱图。
图11为金纳米团簇荧光纳米材料的原子力显微镜图。
图12为金纳米团簇荧光纳米材料的X射线光电子能谱图。
图13为金纳米团簇荧光纳米材料（BSA/MPA-AuNCs）和牛血清白蛋白（BSA）的红外吸收光谱图。
具体实施方式
实例1：
金纳米团簇荧光材料的制备：2.5mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25mL浓度为4mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应1h，反应液由浅黄色变为无色，得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH为3的磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。所得到的纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液可见光下为无色透明液体（见图1A），紫外灯照射下产生强烈的橙黄色荧光（见图1B），紫外可见光谱在280nm波长处有一较弱的蛋白质特征吸收峰（见图2），最大激发波长和发射波长分别为350nm和575nm（见图3），量子产率为16%。4℃暗处保存，能保持至少两个月的相对稳定。
实例2：
金纳米团簇荧光材料的制备：2.5mL牛血清白蛋白溶液（浓度为0~120mg/mL）与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25mL浓度为4mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应1h，反应液由浅黄色变为无色，得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。如图4所示，溶液的荧光强度值（575nm处）在牛血清白蛋白浓度为50mg/mL时达到最大。
实例3：
金纳米团簇荧光材料的制备：2.5mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL氢氧化钠溶液（浓度为0~1.5mol/L）和0.25mL浓度为4mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应1h，反应液由浅黄色变为无色，得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。如图5所示，溶液的荧光强度值（575nm处）在氢氧化钠溶液浓度为1mol/L时达到最大。
实例4：
金纳米团簇荧光材料的制备：2.5mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25mL的3-巯基丙酸溶液（浓度为0~1.5mol/L），振摇混匀，4℃下反应1h，反应液由浅黄色变为无色，得到3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。如图6所示，溶液的荧光强度值（575nm处）在3-巯基丙酸溶液浓度为4mol/L时达到最大。
实例5：
金纳米团簇荧光材料的制备：2.5mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白与2.5mL浓度为10mmol/L的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25mL浓度为4mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4℃下反应0~4h。将反应液用截留分子量7000的透析袋在20mmol/LpH3磷酸盐缓冲液中透析48h，然后再在去离子水中继续透析12h，得到纯化后的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇。如图7所示，溶液的荧光强度值（575nm处）在反应时间为1h时达到最大，继续延长反应时间溶液的荧光强度基本不变。
实例6：
将实例1所得的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液进行荧光寿命测定，测得金纳米团簇的荧光寿命值为181ns（44.06%）和1651ns（55.94%）（见图8）。
实例7：
将实例1所得3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液滴涂在铜网上，进行透射电镜测定，测得金纳米团簇的粒径为1.59±0.27nm（见图9）。能量散射X射线能谱分析（见图10）表明产物含有金。
实例8：
将实例1所得3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行X射线光电子能谱测定，XPSAu(4f)显示金的4f7/2峰位于84.3eV，表明金纳米团簇中金的价态以0价和+1价方式共存，通过计算，+1价Au所占的比例为61.5%。在163.4eV处出现硫的2p峰（见图11）。
实例9：
将实例1所得3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液冷冻干燥后得到粉末，取所得粉末进行红外吸收光谱测定，蛋白质的酰胺I带与酰胺II带的峰形和峰强发生了明显的变化，表明蛋白质的二级结构发生了变化。2650cm-1附近并未出现巯基的峰，说明3-巯基丙酸通过Au-S键与金簇发生作用。（见图12）。
实例10：
将实例1所得的3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇溶液进行圆二色光谱测定，另外测定相同浓度的牛血清白蛋白的圆二色光谱，结果表明，形成金纳米团簇后，蛋白质的二级结构发生变化，α螺旋含量增加而β折叠含量减小。（见图13）。