（分析化学专业论文）荧光纳米金颗粒的合成、荧光性能及毒性研究.pdf

摘要 荧光金纳米颗粒的合成、荧光性能及毒性研究 分析化学专业硕士研究生：刘里 指导教师：郑鹄志副教授 黄玉明教授 摘要 纳米材料是指物质结构在三维空间中至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元构成 的材料。纳米材料具有明显不同于块状固体的物理和化学性能，因而呈现出体积效应、表面 效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等等独特的性能，使得人们把纳米材料科学作为多 学科交叉的生长点和跨世纪“热点”的研究领域。纳米金是一种常见的纳米材料，对多种荧光试 剂有猝灭作用。本文建立了一种合成荧光纳米金的新方法，得到的纳米金荧光量子产率高， 水溶性好，可在水溶液中稳定分散超过1 年。研究了镍离子对荧光纳米金颗粒荧光的猝灭作 用，提出了其猝灭机理，得到了猝灭常数、结合常数等基本参数。基于发光细菌发光抑制建 立了检测纳米材料毒性的新方法，并用于纳米金、碳纳米管毒性的检测，得到了纳米金和四 种不同管径碳纳米管的半数抑制浓度( e c 5 0 ) 。 全文由两部分组成： 第一部分详细介绍了纳米金和碳纳米管的性质、合成方法和应用，综述了近年来纳米生 物效应研究进展。 第二部分报告了三方面的内容，一是建立了合成荧光纳米金的新方法，得到的纳米金具 有荧光量子产率高，合成方法简单的特点：二是首次发现纳米金可以作为金属离子荧光探针， 并系统地研究了n i 2 + 对纳米金荧光的猝灭作用；三是建立了基于生物发光法检测纳米材料的 新方法，用于研究碳纳米管和纳米金的急性毒性。 关键词：荧光纳米金颗粒碳纳米管n i 2 + 发光细菌毒性 a b a t r a c t t h es t u d yo ft h es y n t h e s 娩a t ：i o n ，n u o r e s c e n c ea n d t o x i c i 毋o f n u o r e s c e n tg o l dn a n o p a r t i c l e s s p e c i a l t y ：a n a l y s i sc h e l i l i s 仃y m e n t o r ：h u z 1 1 iz 1 1 e n g 锄dy u m i n gh u 锄ga u t h o r ：“l i u a b s t r a c t w ec a t e g o r i s em n o m a t e r i a l 鹬l o w h i c hh 嬲s 虮l c 眦dc o n l p o n 髓t sw i t l la tl e 舔to n e d i m e i i s i o ni e s s 吐1 a nl0 1 ) i l m i th 雒m a n yp a r t i c u l 雏c h a r a c t e r i z a t i o n s ，s u c h 弱v o l u n l ee f f e c t s l l r f a c e e 丘e c t ，赳1 dq u 锄n l ms i z e 科r e c t ，m a c r o s c o p i c a lq 啦咖t l l m 他ie 珏e c ta n ds oo nb e c a u s eo fi t sp h y s i c a l a n dc h e m i c a lp e 娟m m n c e sd i 珏e r e n t 的m 玳l b b l y l i d m 锄yr e s e a r c h e sl l a v ef o c l l s e do ni t s 印p l i c a t i o ni i l 啪s s e d 吼l b j e c t 蛐c h 弱b i o m e d i c a lf i e l d g 0 l dn 锄叩a n i c l e sa r eak 砌o f n 0 i i l a l n 孤o m 砌a l 锄dc a nq u e n c hm a n yn u o r e s c e n tr e a g 伽峪h lm et l l e s i san e wm e m o dt os ) ，l l l e s i z e f l u o r e s c e n tg o l dn 孤叩a r t i c l e si sr 印o r t f 1 u o 陀s c tg o l dm r - 叩a n i c l e sh a 、r e i l i g hf l u o 他s c e n t q 啪t l l r n 归l d n e ya 陀l l i g l lw a t e rs o l u b l e 锄dv e d ，s t a l b l ef o rm o r et l l a i l ly e 扎t h eq u c h 吨 e 彘c to fn ro nb 0 v i s e m ma i b 姗m ip r o t e c t e dn u o r e s c e n t9 0 l dn a l l o p a i t i c l e s ( b s a g n p s ) ：i s r e l ，o m d t l l eq u 钮c h i n gm e c h a i l i s mi sd i s c u s s e da n das t a t i cq u e n c l l i n gm e c h a i l i s mw 舔p r o p 0 d t h en m n b e ro fb m d i i l gs i t e s ( n ) ，a p p a r e n ts 油i l i 锣c o 璐t a l l t s ( k ) a n dc o n e s p o n d i l l gt h e 棚帕由，i l 删c p 觚蚰e t e r so fb s a g n p s n rc o n l p l e xa 心m e a s u 聆da td i r e l l tt e m p e m t l l r e s w br e p o r tan e w m e t h o dt oi i l v e s t i g a t e 锄de v a l u a t em eb i o t o x i c 毋o fb s a - p r o t e c t e dg o l dn 锄叩a n i c l e s ( b s a g n p s ) 锄dc a r l ) o n 啪o n 航s ( c n t s ) b yl u l l l i s c tb a c t e r i a 5 0 e 能c t i v ec o i l c e 曲“o 越但c 5 0 ) o f b s a 删p sa n df o u rc n l sw i t l ld i 腩r e n td i 锄e t e l l sa r ed e t c m l i n e d t h et l l e s i si sd i 、，i d e di i l t 0t w op a n s p a n ed e s c r i b e sp r o p e n y ，s y i l t h e s i sm e n l o d s 甜l d a p p l i c a t i o no fg o l di 姗o p a r t i c l e s 锄dc a f b o nn 锄o t i l b e si i ld e t a i l 锄dr e v i e w sr e c e n t 咖d yo f b i o l o 昏c a le 行e c t so fn 卸o m a t e r i a l si n c e n ty e a r s p a r tt 、o 证c l u d e st 1 1 r e ea s p e c t s t h ef i r s ta s p e c t d 骼c r i b e san e wm e t h o d o fs ) r i l t l l e s i so fn u o s c 曲tg o l dn a n 叩a n i c l e s f l u o r e s c e n t9 0 1 d m n 叩a r t i c l e sw i 也h i g l lq u 咖y i e l dc 狮b e0 b t a i n d e db yas i n 】p l em e t h o d t l l es e c o n d 豁c 印t d e s 谢b e sq u e n c h i i 培e 丘e c to fn i c l ，c li o n so nf l u o r e s c e n tg o l di 瑚o p a n i c l e sa n dt 1 1 eq u 锄c h 堍 m e c h a i l i s mw 弱i n y e s t i g a t e di nd e t a i l s t h em i r d 勰c 印td e s c 曲e sa p p l i c a t i o no f1 啪i 鹏s c e n t b a c t e r i af o rm y e s t i g a t i i l gb i o t o x i c i t yo fb s a - 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g n p sa n dc n t s k e y w o r d s ： n u o i e s c e n t g o i dn a n o p a n i c l e s ， c a i b o n n a n o t u b e s ， n i c k e l i o n s ， l u m i n o u sb a c t e r i a ，t o x i c i 锣 l v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者： 赢里签字日期：2 瑚吝年g 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：隶、l 喧导师签名： 签字日期：如吝年妨2 签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： a 日 邮编： 第一章综述 1 1 纳米金的简介 第一章综述 1 1 1 纳米金的性质 金是化学惰性最高的金属之一，其熔点1 0 6 3 ，电子结构【x e 】4 5 d 1 0 6 s 1 ，电 负性2 4 。比表面和分散度随着粒子的减小而增大，随着粒子的减小角部位和边上 的原子数增多，随着粒子的减小熔点急剧降低，粒子的行为更像单个原子。在粒 子能带中相邻能级的间隔约为6 e f n ，其中e f 为费米能级，n 是粒子中的原子 数。当粒子小到一定程度，6 大于热能k t 时，其行为接近单个原子。在6 = 2 5 l o 2 e v 时超过室温下热能，此时n 9 9 。9 5 ) ，牛血清白蛋白( b s a ， 上海伯奥生物科技有限公司) ，硫酸奎宁( 层析纯，中国科学院上海生物化学研究 所) ，乒色氨酸( 层析纯，中国科学院上海生物化学研究所) ，n a b h 4 ( 天津大茂 化学试剂厂， 9 9 ) ，其余试剂都为市售分析纯，实验用水均为m i l l i q p l u s 系统 所制的超纯水( 1 8 2 m q ) 。所有试剂未作处理，直接使用。 2 2b s a g n p s 的合成 将6 7 0m gb s a ( 1 0 岬0 1 ) 和1 2 5m gh a u c l 4 4 h 2 0 ( 3 0 岬0 1 ) 溶解在1 0 0m l 超 纯水中，剧烈搅拌至少2 个小时后，慢慢地加入过量的n a b h 4 快速搅拌约3 小时， 最后高速离心( 1l o o oi p m ) 1 0 1 1 1 i n ，除去大的纳米颗粒沉淀，其上清液即为暗红色 b s a 修饰的纳米金溶液( b s a g 套咿s ) 。b s a 用来稳定水溶液中的纳米金颗粒。 所用玻璃器皿均在临用前以新鲜配制王水浸泡2 天以上，超纯水清洗后立即使用。 2 3 透射电镜技术口e m ) 纳米金颗粒的尺寸大小和分散程度用日本j e o l 腰m2 0 1 0f e f 的t e m 测定。 工作加速电压为2 0 0 l ( v ，样品放在喷涂非晶态碳膜的微栅孔铜网上测定。从t e m 图 像中测量1 3 0 个纳米金直径，求得纳米金的平均粒径。 2 4 光谱测定 在室温下测定b s a - g n p s 的紫外吸收光谱和荧光光谱。紫外吸收光谱采用 ( 2 0 0 1 1 0 0 栅) u v 2 4 5 0 型紫外可见分光光度计( 日本岛津公司) 测得，荧光光 谱采用( 2 0 0 8 0 0n m ) f - 4 5 0 0 型荧光分光度计( 日本日立公司) 测得。 2 5 荧光量子产率的测定 纳米金的荧光量子产率在室温下测定，分别以硫酸奎宁和乒色氨酸为参比， 第二章研究报告 通过测量纳米金溶液和参比物质两者的稀溶液在同样激发条件下所测得的积分荧 光强度和对该激发波长入射光的吸光度，并按匕= e 每乏计算，式中艺和 分别表示待测物和参比的荧光量子产率，e 和c 分别表示待测物和参比物的积分 荧光强度，以和4 分别表示待测物和参比物对该激发波长的入射光的吸光度2 6 1 。 3 结果与讨论 3 1 紫外吸收光谱和荧光光谱 固定b s a 用量，改变h a u c l 4 的量，优化了b s a 与h a u c l 4 物质的量之比。当b s a 与h a u c l 4 物质的量之比为1 ：2 ，1 ：4 ，1 ：5 ，l ：6 ，1 ：8 ，1 ：1 2 和l ：2 4 时，以f - 4 5 0 0 检测 不到所得b s a g n p s 的荧光。只有当时b s a 与h a u c l 4 的物质的量之比为1 ：3 时，才 能制备出有荧光的b s a q 旧s 。从电镜图可以看出( 图1 ) ，所得b s a - q 咿s 的粒径 分布均匀，粒径约为5 1 姗( 计算1 3 0 纳米颗粒) 。 图1b s a 母n p s 的1 e m 图像( 左) 和高分辨t e m 图像( 右) 图2 a 是b s a 和b s 心g n p s 的吸收光谱图，图2 b 是b s 砧q 帅s 与b s a 的数据相 减的吸收光谱图，由图可知在。3 0 0 i l m 处出现半峰宽一7 0 姗的新吸收峰。虽然b s a 在2 8 0 n l 有最大吸收，但与b s a x 瞎甬火冀翼薹碥 薹羹制甜削囊蓁冀鋈嵫臻逊噌垄菰裂黑薄基韵嗓蓁獬幽篓诵鼯移翮琶酚丝鐾垂 菰渊裂釜强誊蓁砸固副羹萋嘲箍多可篓i 塞雾耋一蓁毒蓁蓁譬谭笤，霎霜璧菰蓁 熬里鹃即驾潼鞘彰泓霎基萋霎骊输拶孵。基劐囊硒辐军万穗驻冀冀琵翼雾菱冀霾 霞冀溺鞴；瑶瑚翼霆弱塑邕蚕薰羹鬟萄葡塞雾蒂叁雾墓雾辇冀篓雾矍蘸些5 。8 ； 蚕雾蓁簿冀鋈 蓁：l 霍委琵鏊塞霪霾鬯霎墓雾 翼酣雾l l l | 粪鬻羹= 爵耪茹塞璧羹! i 霪霍i 酗垄粪霪薹1 翼塞垂萤鏊i i 基墼刚墅熏雾；雾雾霎蘑 蓁察鏖删冀l f 鏊翼堑 x 第一：章研究报告 荧光强度比在水中略弱；当b s a g n p s 分散在乙醇溶液中，荧光强度比水中略强： 当b s a g n p s 分散在已腈溶液中，荧光强度变为水中的三倍。在甲醇和乙醇溶液中， b s a g n p s 的荧光光谱无变化，而在乙腈溶液中，b s a g 1 岬s 的最大激发波长蓝移 到3 0 8 姗，最大发射波长红移到到4 1 3 n m 。有机溶液对纳米金荧光的影响，可能也 与纳米余表面b s a 构象变化有关。 还考察了各种金属离子对b s a g n p s 荧光的影响。固定b s a q 岬s 的浓度为 1 0 p m ，1 1 0 - 5 m 的b a 2 + 、m 矿+ 和z n 2 + 对b s a g n p s 的荧光略有增强，而f e 3 + 和 n i 2 + 对b s a g n p s 的荧光强度有一定程度的猝灭，a g + 、c a 2 + 、 c 0 2 + 、c u 2 + 和p b 2 + 几乎不影响其荧光强度( 见图8 ) 。这表明b s a g n p s 有望用于金属离子的测定。 在后续工作中，详细考察了n i 2 + 对b s a g n p s 的猝灭作用。 套 芴 c 3 三 8 c 8 2 o 三 也 宝 ：； 旦 。 叱 、 ，a t e ra gb a c ac oc uf e m g n ip b z n 图8 金属离子对b s a q 旧s 荧光强度的影响( 金属离子的浓度都为l x l o - 5 m ) 3 4 发光机理 在3 2 0 啪激发光照射下，b s a g n p s 表面的d 自由电子集体激发，产生等离子 体振荡。受激电子在驰豫后，当s p 电子与d 价带的空穴再次复合，振荡才得以衰减， 同时产生荧光【9 ，1 3 2 1 2 2 1 。本方法得到的纳米金荧光量子产率比大颗粒纳米金和大块 金材料的荧光量子产率高几个数量级，原因推测如下：第一，纳米金颗粒小，分 子内非辐射跃迁几率降低【1 3 1 ；第二，纳米金荧光与表面状态有关，表面修饰的b s a 有利于荧光的产生，这从p h 影响可以看出，b s a 的构象变化会引起荧光的明显变 柏 加 0 1 曲南大学硕士学位论文 化；第三，大体积的b s a 可以很好保护纳米金颗粒，防止纳米金在溶液中的猝灭： 第四，大颗粒的纳米金可以猝灭纳米金的荧光，在纯化的b s a q 旧s 溶液中，大颗 粒的纳米金被除去，其猝灭作用也得到消斛1 3 3 5 ，3 6 1 。 4 结论 本文建立了一种合成荧光纳米金的新方法。在牛血清白蛋白( b s a ) 存在下， n a b h 4 还原m c 1 4 ，得到的纳米金水溶性好，可在水中稳定放置1 年以上；粒径约 为5 1 衄。其最大发射和激发波长分别为3 2 0 1 1 1 1 1 和4 0 4 1 1 1 1 1 。室温下，荧光量子产率 为o 0 5 3 士o 0 0 7 0 ( p = 0 9 0 ，硫酸奎宁为标准) 或o 0 6 5 士o 0 0 5 0 ( p = o 9 0 ，厶色氨酸 为标准) ，比金块的荧光量子产率高8 个数量级。还考察了p h 值对荧光的影响，发 现纳米金的荧光随p h 的变化而产生明显变化，其原因在于纳米金表面b s a 构象随 p h 产生变化。有机溶剂也会影响纳米金的荧光，可能也和b s a 的构象变化有关。 大部分金属离子对纳米金荧光基本无影响，f e 3 + 和n i 2 + 猝灭纳米金荧光。推测发光 机理为5 d m 带到6 ( s p ) 1 导带之间的跃迁。 第二苹研究报告 二、n i 2 + 对荧光纳米金颗粒的猝灭作用研究 摘要：本文报道了n i 2 + 对牛血清白蛋白修饰的荧光纳米金颗粒( b s a g n p s ) 的猝 灭作用。研究了n i 2 + 对荧光纳米金颗粒的猝灭机理，并推测为静态猝灭机理。在不 同温度下，测定了n i 2 + 与荧光纳米金颗粒的结合位点数) 、表观生成常数、和 结合热力学参数。在最佳实验条件下，体系的相对荧光强度与n i 2 + 在6 1 0 8 m o l l 8 l o 西m o l l 的浓度范围内呈现良好的线性，检出限为1 x l o 8m o l l ( 3 0 ) 。 关键词：纳米金荧光颗粒n i 2 + 荧光猝灭猝灭机理 j l - 一 l 刖吾 近几年来，纳米金由于它的生物分子标记、诊断成像和催化功能，一直是材 料科学、生物技术和有机化学领域研究的热剧，但是由于金块非常低的荧光量 子产率( 金块的量子产率是1 0 - 1 0 数量级【2 】) ，纳米金荧光的应用一直受到限制。最 近，几个研究组【3 。1 1 1 报道了量子产率为比金块高几个数量级的纳米金，这种纳米 金仅由数十个金原子组成并且进行了表面修饰。在对纳米颗粒的广泛研究中，已 经有报道金属离子对量子点的荧光猝灭【挖舶l 。但是，据我们所知，金属离子对纳 米金荧光的猝灭还没有报道。 详细考察了十种金属离子对纳米金荧光的影响，发现大部分金属离子对纳米 金荧光基本无影响，而f e 3 + 和n i 2 + 猝灭纳米金荧光，其中n i 2 + 的猝灭作用更强。 详细研究了n i 2 + 对b s a - g n p s 荧光的猝灭，证实猝灭机理为静态猝灭。测定了不 同温度下n i 2 + 与纳米金荧光颗粒的结合位点数伽) 、表观生成常数( 的和结合热力 学参数。在最佳实验条件下，体系的相对荧光强度与n i 2 + 在6 1 0 书m o l l 8 1 0 击m o l l 的浓度范围内呈现良好的线性，检出限为1 1o 8m 0 1 l ( 3 0 ) ，对5 1 0 4 m o 儿的n i 2 + 进行了1 5 次平行测定，其r s d 为1 o 。并尝试将b s a - g 套m s 用于 水样和发样中镍的测定。 2 实验部分 2 1 仪器与试剂 f 4 5 0 0 型荧光分光度计( 日本日立公司) ，u v 2 4 5 0 型紫外可见分光光度计( 日 本岛津公司) ，q 场发射型透射电子显微镜电镜( j e o lj e m2 0 l of e f ，日本) ； p h s 一3 c 型酸度计( 上海雷磁仪器厂) ，超级恒温水浴，z 3 8 3 k 高速台式冷冻离心 机( 德国h 班泓l e 公司) ，m a r s 微波消解仪( 美国c e m 公司) ，n i ( n 0 3 ) 2 、 h a u c l 4 4 h 2 0 ( 上海药剂公司， 9 9 9 5 ) ，牛血清白蛋白( b s a ，上海伯奥生物 两南大学硕士学f ：i = 论文 科技有限公司) ，硫酸奎宁( 层析纯，中国科学院上海生物化学研究所) ，- 色氨 酸( 层析纯，中国科学院上海生物化学研究所) ，n a b h 4 ( 天津大茂化学试剂厂， 9 9 ) ，其余试剂都为市售分析纯，实验用水均为m i l l i q p l u s 系统所制的超纯水 ( 1 8 2 m q ) 。 2 2 实验方法 2 2 1b s a g n p s 的制备 b s a 一( 孙o s 的制各方法【1 5 】：6 7 0m gb s a ( 10 肛1 0 1 ) 和1 2 5m gh a u c l 4 4 h 2 0 ( 3 0 “m 0 1 ) 溶解在1 0 0m l 超纯水中，快速搅拌至少2 个小时后，慢慢地加入过 量的n a b h 4 快速搅拌约3 小时，最后高速离心( 1 1 0 0 0 岬) ，弃沉淀，其上清 液即为b s a 修饰的纳米金溶液( b s a g n p s ) 。 2 2 2 荧光量子产率的测定 纳米金的荧光量子产率在室温下测定，分别以硫酸奎宁和厶色氨酸为参比， 通过测量纳米金溶液和参比物质两者的稀溶液在同样激发条件下所测得的积分荧 光强度和对该激发波长入射光紫吸光度，并按艺= r 馐计算，式中艺和1 分别 表示待测物和参比的荧光量子产率，e 和e 分别表示待测物和参比物的积分荧光 强度，以和4 分别表示待测物和参比物对该激发波长的入射光的吸光度【1 6 】。 2 2 3 与n i 2 + 的作用 在1 0m l 比色管中，依次加入一定量的n i 2 + 、3m l 的b s a g n p s 溶液、o 5m l o 1m o l l 的醋酸缓冲溶液q h = 5 6 ) ，超纯水定容混匀，反应1 0m i n ，3 2 01 1 l l l 激发 光激发，在4 0 4 姗处测定荧光强度。 2 2 4 样品处理 自来水样不做处理，直接使用。江水样取自嘉陵江井口段，经o 4 5p m 滤膜 抽滤后直接使用。人发样来自理发店，以市售洗洁精浸泡5h ，超纯水洗去残余洗 洁精，7 5 。c 烘干。称取干发样o 2 一o 5g 于聚四氟乙烯消解罐内，加浓硝酸4m l ， 3 0 h 2 0 24m 1 ，在微波消解仪中1 7 0o c 消解1 0m i n ，再于通风橱中微沸除酸。 3 结果与讨论 第二苹研究报告 3 1 电镜及b s 小q 幡s 的光谱性质 透射电镜图( 图1 ) 表明，b s a - g n p s 颗粒大小均匀，平均粒径为5 1 姗( 计 算1 3 0 个纳米金颗粒) 。3 2 0 砌激发光照射下，b s a g n p s 溶液在4 0 4 姗处出 现较强的荧光峰，分别以硫酸奎宁和乒色氨酸为标准物质，测定b s a - g n p s 荧光 量子产率。在3 1 3 i 姐激发下，硫酸奎宁的量子产率为0 5 5 【1 7 ，1 8 】；在2 8 0 玎m 激发光 照射下，厶色氨酸的荧光量子产率为o 1 4 【1 唧1 。计算得到b s a - g n p s 的量子产率 约分别为o 0 5 3 士o 0 0 7 0 ( p = o 9 0 ，硫酸奎宁为标准) 和o 0 6 5 士o 0 0 5 0 ( p = o 9 0 ，厶 色氨酸为标准) 。加入n i 2 + 后，b s a g 套i p s 的荧光强度显著降低( 图2 ) ，而荧 光峰的峰形和最大发射波长均无变化。3 2 0 玎m 激发时，b s a 的荧光强度很弱1 1 5 】， 并且当有奎铲+ 存在时，荧光强度仍然没有发生变化，即n i 2 + 对b s a 的荧光无影响 ( 图3 ) 。因此，可以确定，n i 2 + 猝灭的是纳米金的荧光。 图1b s a 艚s 的透射电镜口e m ) 照片 o 为o 湖3 枷珊锄5 o w a v e i e n g mi n m ) 图2b s a g 套口s 的荧光光谱 oocooolo=一l d；佰一。匮 西南人学硕十学位论文 w a v e i e n g t h ( n m ) 图3n i 2 + 对b s a g ，s 荧光光谱的影响 3 2 测定n i 2 + 条件的优化 3 2 1p h 的优化 固定纳米金浓度为3p m o l i ，( 用b s a 浓度表示) 、n i 2 + 浓度为5 10 - 7m o l l ， 考察了缓冲溶液和p h 值对n i 2 + 和b s a - q 四s 相互作用的影响。当p h 冬3 及p h = 9 ， 1 0 时，b s a g n p s 的荧光很弱。考察了p h ；4 ，5 ，6 ，7 ，8 ，l l ，1 2 时n i 2 + 对b s a g n p s 荧光的猝灭。p h = 6 时，n i 2 + 对b s a g 卜j p s 荧光的猝灭程度最大。但在p h = 6 的磷 酸缓冲介质中，n i 2 + 和荧光强度无线性。 更换h a c - n a a c 缓冲后，在p h = 5 6 时，n i 2 + 对b s a - q 心s 荧光的猝灭程度最 大( 图4 ) ，且n i 2 + 浓度和荧光强度的线性最好。故本实验选择h a c - n a a c 缓冲 溶液，p h = 5 6 为最佳p h 条件。 o 5 o 4 o 3 g o 2 司 o 1 o o 3 54 o4 55 05 56 o p h 图4p h 值对体系的影响 oocoomwm之o：ll o一p幅一mr 两南大学硕士学位论文 m o l l ) ；，r o 伊= o 0 7 “m o + 1 4 2 3 1 ，r = o 9 9 6 ( 1 1 0 由m o l l 8 l o 击m o 。) 。检 出限为l l 0 8m 0 1 l ( 3 0 ) ，对5 1 0 。7m o 儿的n i 2 + 进行了1 5 次平行测定，其r s d 为1 o 。 3 3 猝灭机理探讨 3 3 1 荧光猝灭机理的确定 对于荧光猝灭，猝灭剂浓度和荧光强度的关系满足s t 锄一v o l m e r 方程f 1 6 2 1 】： 局伊= 1 + 晒让q 】 ( 1 ) 其中凰矿为s t e m v o l l l l e r 猝灭常数， q 】为猝灭剂浓度。层为无猝灭剂时的荧光强 度，为猝灭剂存在时的荧光强度。对( 1 ) 式进行变形，并以r ，一l 对猝灭剂浓 度作图( 图4 ) ，各直线的斜率即为凰y 。 分别考察了不同温度( t = 2 9 8 1 5 ，3 0 3 1 5 ，3 1 3 1 5k ) 下，n i 2 + 对b s a q 帅s 荧光 的猝灭情况。以【1 】对n i 2 + 浓度c 作图( 图6 ) ，晒矿值见表2 。由图6 可知， 随温度升高，直线斜率呈规律性地下降，即随温度升高，猝灭程度降低。静态猝 灭的原因是猝灭剂和基态荧光体形成无荧光络合物所致，而随温度升高，络合物 稳定性降低，猝灭剂对荧光的猝灭程度也随之减小【1 6 ，2 1 1 。因此，可以断定n i 2 + 对 b s a q 咿s 的猝灭是静态猝灭。 考察了n i 2 + 对b s a g n p s 紫外一可见吸收光谱的影响( 图7 ) 。在p h = 5 6 条件 下，加入等浓度的n i 2 + 后，b s a g n p s ( 3 l o - 7m o l 1 0 的紫外一可见吸收光谱产生 明显变化，其在2 6 0 啪附近的吸光度值升高并有偏移，而在b s a 的最大吸收波 长( 2 8 0n m ) 处，吸收峰完全重叠。这说明猝灭剂n i 2 + 与b s a g l 岬s 的基态有作用， 进一步证实n i 2 + 对b s a g n i ，s 的猝灭是静态猝灭。 3 2 - 山 、 k n i 2 + c o n c e n t r a t i o n ( 1o m o i ，l ) 图6 不同温度下n i 2 + 与b s a 如n p s 相互作用的s t c n l v o l m e r 曲线 第一：章研究报告 o o c 母 丘 k o 丘 w a v e l e n g t hl n m ) 图7n i 2 + 对b s f 5 i g i n p s 紫外吸收光谱的影响 3 3 2 热力学参数 在温度变化范围不大时，可以近似认为胡一为一常数，其数值由式( 3 ) 【2 2 1 求 得，由生成常数，根据式( 2 h 4 ) 【2 2 1 可求得标准吉布斯自有能g 一，标准焓变 胡口，标准熵变s 口等( 结果见表1 ) 。从表中数据可以看出，n i 2 + 与b s a g n p s 的结合过程是一个熵增加、g i b b s 自由能降低的自发过程【2 3 】。 g 口= 一r 丁l n k 护 ( 2 ) 脯p 川互警半 ( 3 ) 笛日：竺：二箜! z 表1 不同温度下n i 2 + 与b s a g n p s 相互作用的热力学参数 m o r l ) m o l 。1 ) o c j 啪l 。1 ) 3 3 第二章研究报告 消解的发样除酸后加入体系中，导致b s a - g n p s4 0 4 啪处荧光峰降低，而在 4 3 4 n m 处出现新峰。故无法将b s a g n p s 用于发样中镍的测定。 4 结论 研究了n i 2 + 对b s a g n p 荧光的猝灭作用，紫外一可见光谱和温度实验结果 证实，该猝灭作用是静态猝灭，并计算出不同温度下n i 2 + 与b s a g n p 络合物的 生成常数、结合位点数和相应的热力学参数。并以b s a g 】旧为荧光探针，建立 了测定n i 2 + 的新方法。在最佳实验条件下，体系的相对荧光强度( 凡伊) 与n i 2 + 在6 x 1 0 8m o l l 8 1 0 击m o 儿的浓度范围内有线性，检出限为l l o 培m o l l ( 3 0 ) ； 对5 l o 刁m o l l 的n i 2 + 进行了1 5 次平行测定，r s d 为1 o 。 3 5 两南大学硕士学位论文 三、发光细菌法快速检测纳米金和碳纳米管的急性毒性 摘要：本文报道了以发光细菌发光抑制法快速检测纳米金和碳纳米管的生物毒性 的新方法，测定了b s a 修饰纳米金( b s a - q 旧s ) 和4 种不同管径碳纳米管的半数 有效浓度( e c 5 0 ) 。结果表明，上述纳米材料在一定浓度范围内，剂量与发光细 菌发光强度的降低呈线性关系，b s a q 帅s 的e c 5 0 为2 6 “m ，单壁碳纳米管( s w n t ， o d ：l 2 m ) 的e c 5 0 为o 0 3 3 9 l ，外径 5 0 眦) 的e c 5 0 为o 0 8 4 9 l 。 碳纳米管的急性毒性与管径大小成反比关系，粒径越小毒性越大。采用透射电镜 结合超薄切片技术研究纳米材料在细胞中的分布，通过维生素c 实验和口实验等初 步探讨了纳米金和碳纳米管具有生物毒性的原因。该方法简单、快速、灵敏、廉 价，并有望用于其他纳米材料的毒性检测。 关键词：毒性发光细菌纳米金碳纳米管 1 引言 由于具有量子尺寸效应、表界面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等 小尺寸效应，纳米材料表现出特殊的光学、电学、热学、力学和化学特性【l 】，在 科研、医疗诊断、生产、生活中得到日益广泛的应用，人们和纳米材料接触的机 会也越来越多。由于纳米材料尺寸很小，容易扩散到环境中甚至生物体