[发明专利]一种多功能性铜纳米簇的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种多功能性铜纳米簇的制备方法，包括：将金属硫蛋白与可溶性铜盐溶液混合，加入强碱，反应后，得到铜纳米簇。与现有技术相比，本发明以金属硫蛋白为合成模板，既能利用蛋白质增强铜纳米簇的生物相容性，又能依赖其强抗氧化性保证铜纳米簇的长期稳定性；并且，金属硫蛋白在强碱条件下还原铜离子得到铜纳米簇，其同时作为稳定模板与还原剂，减少了合成时体系的成分，保证了合成成分的单一性和分散性；再者本发明制备的铜纳米簇既保留了金属硫蛋白的内在性质，又能发挥铜原子本身的特性，从而实现了多功能性。

本申请要求于2018年11月20日提交中国专利局、申请号为2018113834194发明名称为“一种多功能性铜纳米簇的制备方法及应用”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于金属纳米材料技术领域，尤其涉及一种多功能性铜纳米簇的制备方法及应用。

背景技术

金属纳米簇是指由几个到几百个金属原子通过物理和化学结合力组成的相对稳定的聚集体。金属纳米簇作为一种特殊的金属纳米粒子已经得到了广泛的关注。

铜纳米簇是继金纳米簇、银纳米簇之后新近出现的一种经济实用，性质优良的纳米材料。与贵金属元素相比，铜纳米簇凭借其良好的光学性能、催化活性、生物相容性及成本经济性，在化学检测、工业催化、分子器件、细胞成像、生物标记等领域中展现了巨大的应用潜力。因此，铜纳米簇的制备成为一大研究热点。

铜纳米簇的合成方法主要有模板辅助法(蛋白质模板、DNA模板、聚合物模板)、配体辅助法(硫醇配体、羧基配体)、电极法、刻蚀法。目前，文献所报道的大多数铜纳米簇合成方法存在量子产率较低、稳定性差、分散性较差、功能单一等，这严重影响了所制备的铜纳米簇在各大领域的广泛应用。因此，如何制备成分单一、稳定性好、功能多样、经济实用的铜纳米簇成为了研究者们的重要目标。

近年来，科学家们为开发双功能或多功能铜纳米簇做出了不懈努力。2011年Nirmal Goswami等人以牛血清白蛋白(BSA)为稳定模板和还原剂，在pH12、55℃的条件下反应6～8h后得到具有荧光特性的BSA-CuNCs，并开发了Pb²⁺生物传感检测新方法；2013年Lianzhe Hu等人使用上述同种方法合成了BSA-CuNCs，进一步探索了它的类辣根过氧化物酶活性，并将其应用于葡萄糖的检测；2016年Shuangjiao Xu等人又将该BSA-CuNCs应用于化学发光领域测定胆固醇，其原理也是基于BSA-CuNCs的辣根过氧化物酶活性；该双功能BSA-CuNCs的合成以牛血清白蛋白为模板和还原剂，合成成分单一，在2个月内荧光性质稳定。2016年Jigna R.Bhamore等人利用鸡蛋清蛋白与Cu²⁺在微波消解的条件下反应5min后，合成了具有荧光性质和抗菌性的双功能铜纳米簇，并基于荧光性质开发了福美双和百草枯的传感检测平台；该纳米簇由于直接使用鸡蛋清进行反应，合成成分复杂，所得的铜纳米簇分散性差；同时，该纳米簇稳定性极差，以锡箔纸包覆的棕色玻璃瓶储存，其保存时间超过3天后荧光值下降十分明显，15天后荧光基本消失。2015年Hong Yan Zou等人使用多巴胺与Cu²⁺在30℃条件下反应30min后得到多功能DA-CuNCs，其具有光致发光性质、类过氧化物酶活性和抗菌性；该DA-CuNCs实现了多功能性，并依据此性质建立了荧光及光度法检测Fe³⁺的新方法；但该铜纳米簇仍存在分散性较差，尺寸过大(平均8nm左右)的缺点。此外，大部分新型铜纳米簇则仅具有荧光性质，功能单一，应用局限，因此发展多功能铜纳米簇的简便制备方法及开发相关应用研究具有重大的现实意义。