本發(fā)明屬于金銀合金納米簇制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水熱法合成的由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的光敏性金銀合金納米簇。

背景技術(shù)：

金屬納米簇(metalnanoclusters,ncs)是零維納米材料的一種；其僅由幾個(gè)或幾十個(gè)金屬原子組成且具有可比擬費(fèi)米電子波長(即費(fèi)米面附近的德布羅意波長)的大小，從而使其在納米材料領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。由于金屬原子中的電子被限制在分子尺寸和離散能級，使金屬納米簇具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性能，如強(qiáng)光致發(fā)光、類分子能隙及高催化性能等。此外，由于其表面原子的數(shù)量和電子結(jié)構(gòu)是影響納米簇尺寸的直接因素，所以金屬納米簇的多數(shù)屬性可以通過對金屬核心尺寸的大小來調(diào)節(jié)。在過去幾十年里，各種樣式的金屬納米簇(cu,ag,au,pt,pdncs)被陸續(xù)報(bào)道并逐漸為我們所熟知。

隨著納米材料的發(fā)展，單金屬納米簇在生物成像和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用已日漸成熟。為了進(jìn)一步提高納米簇的性能以及多功能性，含有兩種以上的金屬元素組成的合金納米簇成為了一種有效途徑。這些合金納米簇可以通過調(diào)節(jié)兩種金屬的組份比例和配體分子結(jié)構(gòu)，從而控制合金納米簇的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可以在更大的范圍內(nèi)選擇性地控制其物理性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)。由于金銀合金納米簇卓越的光學(xué)性質(zhì)及其在生物標(biāo)記、傳感及成像等方面的廣泛應(yīng)用進(jìn)而使金銀合金納米簇成為了近幾年的熱點(diǎn)。雖然目前對于合金納米簇的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但仍存在一些挑戰(zhàn)，如合金納米簇的熒光量子產(chǎn)率(qy)偏低及其制備過程中出現(xiàn)的耗時(shí)長、產(chǎn)率低、粒徑不均一等問題。

單磷酸腺苷(英文：adenosinemonophosphate，簡稱amp)，是一種在核糖核酸(rna)中發(fā)現(xiàn)的核苷酸。它是一種磷酸及核苷腺苷的酯，并由磷酸鹽官能團(tuán)、戊糖核酸糖及堿基腺嘌呤所組成。自40年代以來，腺嘌呤本身或是其衍生物已經(jīng)被應(yīng)用于臨床診斷。例如，由腺嘌呤激活的蛋白激酶可以通過腺苷酸結(jié)合到γ位點(diǎn)上進(jìn)而來調(diào)節(jié)其活性；腺嘌呤磷酸鹽可以刺激白細(xì)胞增生,進(jìn)而用來防治白細(xì)胞減少癥(特別是由放射治療、腫瘤化療及苯類等藥物中毒所造成的白細(xì)胞減少的癥狀)。鑒于該類分子的生物學(xué)功能以及較好的生物相容性，其成為一種良好的金屬納米簇配體分子。目前已有報(bào)道amp保護(hù)的具有熒光發(fā)射的金納米簇，該納米簇的發(fā)光主要為藍(lán)綠光(發(fā)射峰位為480nm)。由于生物體中存在大量的自發(fā)熒光，其主要發(fā)射范圍就包括這種藍(lán)綠光，因而極大的限制了該類納米簇在生物體系中的應(yīng)用。因此，拓展該類納米簇的發(fā)光范圍，進(jìn)而增大其在生物學(xué)方面的應(yīng)用潛力是十分必要的。

水熱合成是指溫度為100～1000℃、壓力為1mpa～1gpa條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成。在亞臨界和超臨界水熱條件下，由于反應(yīng)處于分子水平，反應(yīng)性提高，因而水熱反應(yīng)可以替代某些高溫固相反應(yīng)。又由于水熱反應(yīng)的均相成核及非均相成核機(jī)理與固相反應(yīng)的擴(kuò)散機(jī)制不同，因而可以創(chuàng)造出其它方法無法制備的新化合物和新材料。并且水熱合成法所具有：產(chǎn)物純度高、分散性好、粒度易控制等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種水熱法合成的由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的光敏性金銀合金納米簇。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于“bottom-up”方法，也就是溶液相法中的一步法制備金銀合金納米簇。本發(fā)明中主要采用水熱合成法，其步驟為：

(1)向反應(yīng)釜中分別依次加入單磷酸腺苷(amp)固體樣品、去離子水、氯金酸(haucl4)水溶液、硝酸銀(agno3)水溶液及檸檬酸鈉(citrate)水溶液；其中單磷酸腺苷為保護(hù)配體，檸檬酸鈉為還原劑把三價(jià)金離子還原成零價(jià)和一價(jià)金；最后把反應(yīng)釜在110℃～130℃的條件下加熱15～120分鐘，取出后緩慢冷卻至室溫，得到由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的金銀合金納米簇粗產(chǎn)品，即au/agncs@amp原液；單磷酸腺苷(amp)、氯金酸水溶液、硝酸銀的用量摩爾比為2～10：10～0.1：1，檸檬酸鈉與硝酸銀的用量摩爾比為10～50：1；

(2)將au/agncs@amp原液使用丙酮沉淀法或透析法進(jìn)行純化，得到乳白色固體粉末。

利用丙酮沉淀法進(jìn)行純化：取au/agncs@amp原液10毫升，向其中加入30～50毫升丙酮，振蕩混合均勻，然后使用高速離心機(jī)3000～6000r離心20～50分鐘，離心后，去除上清溶液；沉淀部分反復(fù)使用丙酮重懸、離心3～5次，去除溶液中過量的檸檬酸鈉和amp配體；最后，凍干沉淀；得到乳白色粉末，即由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的光敏性金銀合金納米簇。

或通過透析法對au/agncs@amp原液進(jìn)行純化：取上述制備的合金納米簇原液10毫升，使用0.3～0.8千道爾頓的透析袋，放入1.5～3升的去離子水中，進(jìn)行10～15小時(shí)透析，每2～4小時(shí)換一次去離子水；最終得到較純的au/agncs@amp溶液，凍干10～15小時(shí)，得到乳白色固體粉末，即由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的光敏性金銀合金納米簇。

最終得到純的合金納米簇，其熒光激發(fā)波長為354nm、發(fā)射波長為550nm，發(fā)橙光且具有較大的斯托克斯位移(stokes-shift、200nm)(詳見實(shí)施例2)。該納米簇晶格間距為0.21納米；且平均直徑為2.05納米，粒徑分布在1.95～2.45納米之間(詳見實(shí)施例3)。整個(gè)粒子中au(0)和au(i)平均比例分別為57.75％和42.25％，且合金納米簇中金的質(zhì)量含量占25.91％和銀的質(zhì)量含量占74.09％(詳見實(shí)施例4)。由于銀在其中占主要比例且覆蓋在粒子表面，所以制備的au/agncs@amp的光學(xué)性能、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該與銀納米簇更類似。同時(shí)在此合金納米簇中，分別包含了0.4微秒的短壽命和2.07微秒的長壽命兩種組分，其各占35.28％和64.72％(詳見實(shí)施例5)。最終制備的au/agncs@amp具有獨(dú)特的光敏性，其在光照條件下，amp配體中羥基易與銀離子發(fā)生銀鏡反應(yīng)，致使合金納米簇向納米粒子的轉(zhuǎn)變(詳見實(shí)施例6)。

本發(fā)明主要采用水熱合成法，成功的制備了由amp保護(hù)的新型金銀合金納米簇(au-agncs@amp)。這種新方法制備的合金納米簇有以下優(yōu)勢：成本低、制備程序簡單、反應(yīng)時(shí)間短及樣品粒徑均一；制備出新型合金納米簇其激發(fā)波長為354nm、發(fā)射波長為550nm(橙色光)，具有較大的斯托克斯位移(stokesshift,～200nm)；較高的熒光量子產(chǎn)率(qy,8.46％)。同時(shí)其具有獨(dú)特的光敏性，在光照條件下，其熒光發(fā)生強(qiáng)度被小幅度猝滅且伴隨著明顯的紅移(δλ＝～10nm)；同時(shí)其溶液顏色由無色逐漸變?yōu)槌燃t色。這種變化使該納米簇材料同時(shí)具有較好的熒光發(fā)射和紫外吸收，使其具有雙響應(yīng)性。本發(fā)明制備的amp保護(hù)的熒光金銀合金納米簇與其它的合金納米簇相比，在制備方法上，具有操作簡單、高效省時(shí)、綠色環(huán)保等優(yōu)勢；在合成材料上，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)橙光，熒光量子產(chǎn)率較高且具有光敏性等優(yōu)勢，從而使其在生物學(xué)應(yīng)用發(fā)面具有較大的應(yīng)用潛能。

附圖說明

圖1：au/agncs@amp的合成過程中所對應(yīng)的熒光發(fā)射譜圖(左圖)及相應(yīng)的柱狀圖(右圖)：圖(1)左圖為優(yōu)化金銀物質(zhì)的量之比的熒光發(fā)射譜圖，右圖為熒光強(qiáng)度比與金銀物質(zhì)的量之比的柱狀圖；圖(2)左圖為優(yōu)化配體amp物質(zhì)的量之比的熒光發(fā)射譜圖，右圖為熒光強(qiáng)度比與amp物質(zhì)的量之比的柱狀圖；圖(3)左圖為優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間的熒光發(fā)射譜圖，右圖為熒光強(qiáng)度比與反應(yīng)時(shí)間的柱狀圖；圖(4)左圖為優(yōu)化反應(yīng)溫度的熒光發(fā)射譜圖，右圖為熒光強(qiáng)度與溫度的柱狀圖)；

圖2：au/agncs@amp的熒光激發(fā)譜圖和發(fā)射譜圖；

圖3：au/agncs@amp的透射電子顯微鏡圖譜(tem，圖(1))和粒徑分布圖(圖(2))；

圖4：au/agncs@amp中金的x-射線光電子能譜(xps，圖(1))和銀的x-射線光電子能譜(xps，圖(2))；

圖5：au/agncs@amp的穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜圖；

圖6：au/agncs@amp曝光前后的熒光光譜圖；

圖7：au/agncs@amp曝光前后的紫外吸收光譜圖；

圖8：au/agncs@amp曝光5小時(shí)后的透射電子顯微鏡圖譜；

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

在合成由amp保護(hù)的金銀合金過程中，由于檸檬酸鈉做還原劑且大過量，所以優(yōu)化其合成條件中不包含此項(xiàng)。首先優(yōu)化其合成時(shí)間，保持金、銀、amp比例1：1：5，分別為1、1和5mm，120℃水熱合成，分別加熱15、30、45、60、75、90、105及120分鐘。如圖1(3)所示，其最佳合成時(shí)間為30分鐘。其次優(yōu)化amp與金屬離子的比例，保持金銀比例1：1都為1mm；調(diào)節(jié)不同濃度的amp分別為2、5和10mm；120℃水熱合成30分鐘。如圖1(2)所示，配體濃度過高(>10mm)在480nm處出現(xiàn)發(fā)射峰，不利于形成金銀合金納米簇；那么amp的最佳濃度是金屬離子的5倍當(dāng)量。優(yōu)化金銀的比例，保持amp的濃度為5mm不變，加入金銀的比例分別為10：1、2.5：1、1：1、0.5：1、0.2：1和0.1：1；120℃水熱合成30分鐘。如圖1(1)所示，當(dāng)金的濃度過大時(shí)(>1mm)，同樣在480nm處出現(xiàn)發(fā)射峰，不利于形成金銀合金納米簇；金銀比例分別為0.2：1和0.1：1時(shí)，都只出現(xiàn)一個(gè)550nm的發(fā)射峰；根據(jù)其熒光強(qiáng)度確定金銀最佳比例為0.2：1。最后優(yōu)化反應(yīng)溫度，分別采取110℃、120℃和130℃進(jìn)行水熱合成合金納米簇。如圖1(4)所示，當(dāng)水熱溫度為110℃和130℃時(shí)，前者形成一個(gè)具包含480nm和550nm兩個(gè)發(fā)射峰的混合物分別，后者雖然形成了發(fā)射峰為550nm的合金納米簇，但是其熒光強(qiáng)度弱于120℃制備的合金納米簇。所以最佳水熱溫度為120℃。那么最終合成au/agncs@amp的最佳條件是：120℃水熱合成30分鐘，金、銀、amp的物質(zhì)的量濃度比例為0.2：1：5。

具體的合成步驟，首先向20毫升的反應(yīng)釜中分別依次加入17.4毫克的單磷酸腺苷(amp)固體樣品，8.4毫升的去離子水，200微升、10毫摩爾的氯金酸(haucl4)水溶液，1毫升、10毫摩爾的硝酸銀(agno3)水溶液及400微升、0.5摩爾的檸檬酸鈉(citrate)水溶液；其中單磷酸腺苷為保護(hù)配體，檸檬酸鈉為還原劑把三價(jià)金離子還原成零價(jià)或一價(jià)金；最后把反應(yīng)釜放入120℃的高溫干燥箱中加熱30分鐘，取出后緩慢冷卻至室溫，即得到本發(fā)明所述的由小分子單磷酸腺苷為保護(hù)配體的金銀合金納米簇粗產(chǎn)品，即體積為10ml，濃度為1mmol/l的au/agncs@amp原液。

利用丙酮沉淀法進(jìn)行純化：取au/agncs@amp原液10毫升，向其中加入40毫升丙酮，振蕩混合均勻，然后使用高速離心機(jī)4000r離心30分鐘，離心后，去除上清溶液；沉淀部分反復(fù)使用丙酮重懸、離心3次，去除溶液中過量的檸檬酸鈉和amp配體；最后，凍干沉淀；得到乳白色粉末，稱重1.68mg。

或通過透析法對au/agncs@amp原液進(jìn)行純化：取上述制備的合金納米簇原液10毫升，使用0.5千道爾頓的透析袋，放入2升的透析液(即去離子水溶液)中，進(jìn)行12小時(shí)透析，每三小時(shí)換一次透析液；最終得到較純的au/agncs@amp溶液，利用凍干機(jī)，凍干12小時(shí)，得到乳白色固體粉末，1.12mg。

實(shí)施例2：

取實(shí)施例1已純化后的金銀合金納米簇1毫克，溶解到10毫升水溶液中，濃度為0.1mg/ml。上述溶液取出300微升加入700微升去離子水，測試熒光光譜，測試條件為：光路狹縫5-5，激發(fā)波長354nm，光源：150w氙燈，掃描范圍380～680nm，1cm×1cm1ml石英比色皿。如圖2中激發(fā)光譜，確定合金納米簇的最佳激發(fā)波長為354nm。使用最佳激發(fā)波長激發(fā)納米簇，得到最佳發(fā)射波長即550nm發(fā)橙光，二者之差即斯托克斯位移為200nm。

實(shí)施例3：

取實(shí)施例2中0.1mg/ml的合金納米簇10微升，滴加在微柵超薄銅網(wǎng)上，靜止10分鐘后，使用濾紙吸干附近溶液。重復(fù)2次后自然晾干，12小時(shí)后測試透射電子顯微鏡。如圖3(1)所示：au/agncs@amp具有高度單分散性且具有清晰的晶格條紋；其晶格間距為0.21nm，與金原子立方體面心上111晶格平面之間的距離相對應(yīng)，這說明納米粒子中確實(shí)含有規(guī)整的金屬納米晶。此外，如圖3(2)所示，通過對300多個(gè)粒子尺寸的統(tǒng)計(jì)分析最終得到了它們的平均直徑為2.05nm左右、且多數(shù)粒子粒徑分布在1.95-2.45nm之間。

實(shí)施例4：

取實(shí)施例1已純化后的金銀合金納米簇0.3毫克，測試x-射線光電子能譜。其實(shí)驗(yàn)參數(shù)：掃描次數(shù)11，掃描時(shí)間3min40s，cae30.0，電壓0.05ev。已報(bào)道，金的4f7/2和4f5/2峰分別出現(xiàn)在84.9ev和88.6ev。而金的4f7/2峰可進(jìn)一步經(jīng)分峰處理分為兩個(gè)不同的組分，其結(jié)合能分別是84.0ev和85.0ev，分別對應(yīng)au(0)和au(i)；而銀的3d5/2也含有兩個(gè)不同組分，依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道應(yīng)分別對應(yīng)為ag(0)(368.2ev)和ag(i)(367.4ev)。如圖4(1)所示，通過分峰處理后不同峰的積分面積計(jì)算，最后得出在整個(gè)粒子中au(0)和au(i)平均比例分別為57.75％、42.25％。如圖4(2)所示，通過對ag3dxps的能譜進(jìn)一步分析，最終得到合金納米簇中金的含量占25.91％和銀的含量占74.09％。

實(shí)施例5：

取實(shí)施例2中0.1mg/ml的合金納米簇1ml，測試其熒光壽命。測試參數(shù)：375nm鈉燈，λem＝550nm，λex＝375nm，光路狹縫15-15，掃描范圍0～20μs，掃描點(diǎn)數(shù)5000。通過曲線擬合(r²＜1)計(jì)算出合金納米簇中包含兩種共存組份，參照圖5所示，分別包含了0.42μs的短壽命和2.07μs的長壽命兩種組分，它們各占35.28％和64.72％。

實(shí)施例6：

分別取實(shí)施例2中0.1mg/ml的合金納米簇1ml至5個(gè)2毫升ep管中，分別暴露在可見光下0h、0.5h、1h、2h及5h。測試其熒光強(qiáng)度及紫外吸收值的變化。其測試紫外光譜儀器參數(shù)為：光路狹縫2nm，采樣速度-中速，采樣間隔0.1，掃描范圍700～240nm。如圖6所示，隨著曝光時(shí)間的增加au/agncs@amp的熒光被猝滅且伴隨著明顯的紅移(δλ＝～10nm)；且曝光時(shí)間5小時(shí)后熒光強(qiáng)度基本穩(wěn)定，但觀察其溶液我們可以看到其由無色逐漸變?yōu)槌燃t色。此外，我們又通過測試其紫外-可見吸收光譜來進(jìn)一步對該過程進(jìn)行驗(yàn)證。如圖7所示，隨著曝光時(shí)間的增加其在400-500nm之間出現(xiàn)一個(gè)逐漸增強(qiáng)的紫外-可見吸收峰，已有文獻(xiàn)表明此現(xiàn)象歸因于合金納米粒子的生成。這種變化使該納米簇材料同時(shí)具有較好的熒光發(fā)射和紫外吸收，使其具有雙響應(yīng)性。

總之，隨著曝光時(shí)間的增加其熒光強(qiáng)度降低紅移、紫外-可見吸收增強(qiáng)且可見光顏色加深。種種現(xiàn)象說明在光照的條件下，au/agncs@amp的內(nèi)部發(fā)生了光學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其粒徑變大進(jìn)而形成合金納米粒子，如圖8所示。最終證明由于在au/agncs@amp中銀離子分布在金原子核的表面，使其有機(jī)會與amp分子中糖環(huán)上的2個(gè)自由羥基發(fā)生銀鏡反應(yīng)所致。也就是在光照條件下，au/agncs@amp中發(fā)生了銀鏡反應(yīng)從而導(dǎo)致表面更多的ag(i)由復(fù)合物轉(zhuǎn)變?yōu)閍g(0),最終出現(xiàn)其粒徑變大、紫外吸收增強(qiáng)、熒光猝滅、宏觀顏色變深且有些微沉淀物生成的現(xiàn)象。所以，由該方法所制備好的au/agncs@amp溶液應(yīng)避光保存。

還需要說明的是，本發(fā)明的具體實(shí)施例只是用來示例性說明，并不以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員可以根據(jù)上述一些說明加以改進(jìn)或變化，但所有這些改進(jìn)和變化都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。