超小发光金纳米粒子的合成、自组装及光学传感与成像研究
发布时间：2020-04-07 14:02
【摘要】：发光金纳米粒子(AuNPs)具有优良的光学性质、超小的尺寸、表面易修饰和生物相容性好等特点,在光学检测、细胞成像及生物传感等领域受到许多科研工作者的青睐。针对目前重金属离子检测、细胞成像和相关生物应用等方面所面临的问题,本论文制备了系列超小发光AuNPs,并以自组装的方式构建了不同性质和功能的AuNPs组装体,探讨了发光AuNPs及其组装体在光学传感与成像中的应用,并研究了其响应机理,为设计与开发新型发光AuNPs提供新策略。取得的主要研究成果如下:1.以季戊四醇四-3-巯基丙酸酯(PTMP)作为表面配体和还原剂合成海绵状红色发光AuNPs组装体(PTMP-AuNPs)。疏水性的多巯基表面配体PTMP是发光AuNPs形成海绵状结构的关键因素。纳米级多孔海绵状结构及超强的d~(10)-d~(10)金属间相互作用的协同作用使海绵状发光PTMP-AuNPs对水溶液中汞离子具有较强的捕获能力,其最大吸附量可达2.48 g Hg(Ⅱ)/g。此外,这种特异性的闭壳金属间的相互作用为检测水溶液中汞离子提供了一种灵敏、特异性的光学检测方法,有望应用于饮用水中的汞离子检测和吸附清除。2.以等电点为6.5的聚氨基聚合物壳聚糖作为模板,对超小尺寸的谷胱甘肽(GSH)修饰的发光金纳米粒子(GS-AuNPs)进行静电自组装,以增强AuNPs的发光效率及其与细胞的相互作用并实现亚细胞器的共定位成像分析。在低pH条件下,较强的静电相互作用使超小尺寸的GS-AuNPs形成高效发光且紧密堆积的组装体结构其直径约为23.5nm。然而这种密堆积的纳米结构在pH7.4时,发生可逆的溶胀现象并伴随着荧光减弱。静电自组装不仅实现了AuNPs荧光强度的增强,而且改变了AuNPs的表面电荷以及材料的尺寸,使得AuNPs组装体可以通过内吞方式进入细胞,提高细胞的摄取量。此外,这种组装体能够有效地从酸性的溶酶体中逃逸到中性的细胞质中并伴随着显著的荧光变化,最终实现光学可视化分析及细胞内成像。这种pH响应型AuNPs组装体将在荧光成像领域具有较好的应用前景。3.以生物体中常见的分子GSH、牛血清蛋白(BSA)为表面配体,通过表面化学调控合成三种不同的小尺寸发光AuNPs,其中发光波长在610 nm处的GS-AuNPs(600-GS-AuNPs)与血清蛋白相互作用极弱,发光波长在810 nm处的GS-AuNPs(800-GS-AuNPs)表现出浓度依赖型血清蛋白相互作用,而BSA修饰的AuNPs则表面为血清蛋白包裹的AuNPs。研究了以上3种AuNPs的药代动力学,生物组织分布和排泄途径及清除效率与表面配体密度及其种类的关系等。这3种AuNPs均表现出浓度依赖型的药代动力学特性。其中600-GS-AuNPs与800-GS-AuNPs类似,随着注射剂量的增加其血液清除速率加快,而BSA-AuNPs则相反,这表明AuNPs的药代动力学与注射剂量密切相关,且其相关性受AuNPs表面配体种类的影响。BSA-AuNPs主要富集在网状内皮系统如肝、脾和肾等组织中,800-GS-AuNPs在小鼠体内的生物分布受注射剂量影响较显著,随着注射剂量降低其在肝、脾等组织中的富集量逐渐增加,而600-GS-AuNPs在肝、脾等组织中的富集量均很低。通过生物分布和光学成像的方法分别研究它们的肾脏和肝脏代谢,两种GS-AuNPs的清除效率均较高,高注射剂量主要通过肾脏代谢,低注射剂量为肾脏和肝脏双通道代谢,而BSA-AuNPs在小鼠体内清除效率均较低,低注射剂量时清除效率较高,仅为39.43%注射剂量(ID),且其主要的代谢途径为肝脏代谢。
【图文】：
图 1-1. 常见的贵金属纳米粒子合成路径统计图[21]。re 1-1. Various routes for the synthesis of atomically precise, sub-nanometer-sized, noblequantum clusters[21]. 化学还原法学还原法是一种简单而常用的超小发光金纳米粒子的合成方法：在还原剂作用下，Au(III)的盐溶液能够转化为性质稳定的 AuNPs[24-26]。还原剂能够将还原为 Au(I)和 Au(0)，一定比例的金原子还原成 Au(0)形成金核；Au(I)则面，外面再包裹一层表面配体以形成稳定的 AuNPs[27]。常用的还原剂包括羟甲基氯化磷、水合肼及四丁基硼氢化物等[28,29]。高效合成 AuNPs 需要对程有非常清晰地认知，这是目前广泛应用的强还原性还原剂（如 NaBH4）快速的还原动力学使监测 AuNPs 的成核过程以及调控 AuNPs 的尺寸难都是揭示 AuNPs 成核机制的关键。Xie 小组报道了一种简单、通用的合成
图 1-2. CO 还原法合成 Au NCs 示意图[31]。gure 1-2. Schematic of the formation ofAu NCs in the CO-reduction method
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TB383.1
【图文】：
图 1-1. 常见的贵金属纳米粒子合成路径统计图[21]。re 1-1. Various routes for the synthesis of atomically precise, sub-nanometer-sized, noblequantum clusters[21]. 化学还原法学还原法是一种简单而常用的超小发光金纳米粒子的合成方法：在还原剂作用下，Au(III)的盐溶液能够转化为性质稳定的 AuNPs[24-26]。还原剂能够将还原为 Au(I)和 Au(0)，一定比例的金原子还原成 Au(0)形成金核；Au(I)则面，外面再包裹一层表面配体以形成稳定的 AuNPs[27]。常用的还原剂包括羟甲基氯化磷、水合肼及四丁基硼氢化物等[28,29]。高效合成 AuNPs 需要对程有非常清晰地认知，这是目前广泛应用的强还原性还原剂（如 NaBH4）快速的还原动力学使监测 AuNPs 的成核过程以及调控 AuNPs 的尺寸难都是揭示 AuNPs 成核机制的关键。Xie 小组报道了一种简单、通用的合成
图 1-2. CO 还原法合成 Au NCs 示意图[31]。gure 1-2. Schematic of the formation ofAu NCs in the CO-reduction method
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TB383.1
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本文编号：2617997
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