用鸡蛋清离子体快速制备荧光量子点.doc

大学生创新性实验计划“大学生创新性实验计划”立项申请表申请级别：国家 北京市 学校项目名称：用鸡蛋清离子体快速制备荧光量子点负 责 人： 所在学院： 联系电话： 电子邮件： 填表时间： 2013-10-23 北京理工大学教务处制表注意事项1. 填写申请级别时，将“”替换为“”，或手写打“”；2. 项目负责人应为本科生，鼓励跨年级、跨学科组成项目组；3. 项目成员（含负责人）不超过5人,成员中至少有一名非四年级的学生，每名学生原则上不允许同时参加多个项目；4. 申报国家级、北京市级项目应明确指导教师，指导教师应具备中级以上职称,每位指导教师同时指导的项目原则上不能超过两项；5. 经费预算严格按照通知要求进行申请，最终以专家委员会批准的额度执行；6. 项目周期统一为一年。负责人情况姓名性别学号学院专业班级手机固定电话电子邮件个人介绍项目基本信息项目名称用鸡蛋清离子体快速制备荧光量子点项目周期一年所属一级学科化学项 目 组姓名性别学号学院专业手机小组成员（不超过4人）指导教师姓名性别职称学院职务手机吕桂琴女副教授化学学、项目介绍（研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等）研究目标：1. 用鸡蛋清离子体快速制备荧光银纳簇。2. 优化利用蛋清合成荧光银钠簇的实验手段。3. 用鸡蛋清离子体快速制备荧光碳量子点。4. 利用合成的荧光银纳簇作为荧光传感平台制备DNA探针。研究背景及现状：碳量子点是碳纳米材料家族的最新成员，因其卓越的荧光性能和生物相容性等优势受到研究者的青睐。在该项研究中，首先采用低温等离子体技术对天然无毒的鸡蛋进行本体处理，不仅在3分钟内快速得到荧光碳量子点，而且赋予该碳量子点良好的双亲性。通过深入的化学分析手段以及对样品热解过程的实时观察，合理阐述了碳量子点的形成机制，为揭示其光物理行为的机理提供新的思路。同时，首次以碳量子点为荧光墨水，利用喷墨打印和丝网印刷等手段成功实现了荧光印刻图案化，有望在光电器件和生物标记等领域得到应用。这项研究的开展提升了对碳量子点的认知水平，也拓展和丰富了零维碳纳米材料的制备方法及应用。综合此前课题组在J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (22), 8412-8415; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (16), 3706-3709; Adv. Mat. 2011, 23 (26), 2915-2919和Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (10), 2375-3378等国际一流期刊发表的系列纳米领域论文，标志着材料化学工程国家重点实验室在高性能纳米材料的制备、组装和应用领域迈上了一个新的台阶。 贵金属纳簇/银纳簇显示特别的光电性能，是重要的无机纳米材料，具有广泛的应用，如催化、组装光电元件、生物传感和成像等，因此银纳簇成为近年来最热门的研究领域之一。这种金属纳簇由数个或者几十个原子构成，是介于原子和纳米粒子之间的实体，其粒径小于3nm，其光电性能不同于自身的纳米粒子（粒径3100nm）。银纳米粒子的导电子被局域于电子的平均自由程而呈现特有的表面等离子共振现象，而银纳簇的导电子被局域于电子的费米波长（波尔半径），导致离散的电子跃迁和光致发光。这种光致发光的光谱强烈依赖于尺寸效应和表面配位情况，因此荧光银纳簇的合成需要选用合适的表面配位基团和组装材料。尽管现在合成荧光银纳簇的方法很多，含巯基，氨基，羧基和核酸碱基等官能团的功能分子也被广泛应用于合成金银荧光纳簇，但多数要使用强还原剂硼氢化钠，这样既不经济也不环保。蛋白分子富含巯基、氨基、和羧基功能基团，并具有多级结构特性，这种功能性基团和结构特点有利于纳簇的形成。鸡蛋是人类食物的重要蛋白来源且很容易得到，蛋清由多种蛋白组成，具有良好的生物矿化功能。生物矿化现象是自然界的一种常见现象，利用这一自然现象可以合成贵金属纳簇。基于此原理，我们小组利用蛋清为原料，很方便地合成了荧光银纳簇，无需另加还原剂，通过控制pH，利用生物分子自身的生物矿化功能，一锅孵化法直接合成了荧光银纳簇：蛋清蛋白捕获银离子，在功能蛋白的作用下将银离子还原并逐渐矿化生成银纳簇。此合成方法无需使用合成金/银纳簇通用的硼氢化钠（有毒），合成方法环境友好且经济，简单易操作，条件可控，易于实现。 参考文献：【1】 夏晓东 黄昊文 无机化学学报 2011年12月第27卷第12期 2367-2371【2】 Zheng J, Nicovich P R, Dickson R M. Annu. Re. Phys. Chem, 2007,58:409-431【3】 Xie J, Zheng Y, Ying J Y. J. Am. Chem. Soc, 2009,131:888-889工作原理和方案设想分两个板块荧光银纳簇的制备、银纳簇作为DNA探针的应用。方案如下：实验仪器：容量瓶（50mL、100mL）、烧杯（10mL、50mL）、玻璃棒、磁力搅拌仪、超声波振荡仪、恒温槽、移液器、滴管、电子天平、药匙、电子PH计、透析袋、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计。 实验药品：市售新鲜鸡蛋、AgNO（分析纯）、NaOH（分析纯）、醋酸钠（分析纯）。实验步骤1、配制溶液：配制2mmolL醋酸钠溶液50mL，1mmolL-的硝酸银溶液以及NaOH溶液（浓度比较小，用来调节缓冲溶液的pH）2、配制缓冲溶液：取2mmolL-醋酸钠溶液50mL于100mL大烧杯中，一边磁力搅拌，一边缓慢滴加NaOH溶液调节其pH值至9.0，用电子PH计进行精确测量。在多次实验的过程中发现pH在8.8-9.4的范围内都可以得到银纳簇。3、 取市售新鲜鸡蛋蛋清置于洁净的烧杯中，用1mL移液器小心移取1mL蛋清，将10mL的缓冲溶液放置于烧杯中并进行磁力搅拌，在不断搅拌过程中缓慢加入1mL的蛋清，使蛋清很好地分散在缓冲溶液当中。 此步骤也可以用振荡器或者超声震荡仪，但一定要将蛋清分散均匀，不要残留大块的鸡蛋清蛋白。 4、取上述的蛋清溶液900L于小玻璃容器内，继续磁力搅拌，加入1mmolL-的AgNO溶液100L。5、取出放入35摄氏度左右的恒温槽中，孵化时间需要较长，大约2h后有荧光纳簇生成，2天后荧光强度达到稳定，溶液会从无色变为绿色。6、用透析袋将已经孵化好的溶液进行透析，得到清亮的银纳簇成品，进行紫外光谱的测定和荧光光谱的测定。 计划进度安排： 2013.10 -2013.11. 查阅相关研究文献，制订研究计划和实验方案； 2013.11 -2014.03 制备荧光银纳簇极其产物的检测和表征； 2014.02-2014.06 制备DNA探针，撰写结题报告，整理发表论文。二、项目自我评价（创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）创新点：1、蛋白分子富含巯基、氨基和羧基功能基团，并具有多级结构特性，这种功能性基团和结构特点有利于银纳簇的形成。蛋白分子具有生物矿化功能，鸡蛋蛋清由各种蛋白组成。我们利用蛋清良好的生物矿化功能很方便地合成了荧光银纳簇，合成方法简单，环保又经济，条件控制易于实现，可操作性强，无需外加还原剂；2、该方法制备出来的银纳簇粒径介于原子和纳米粒子之间，具有光致发光性能，显示良好的荧光特性，可以用于制备DNA荧光探针；3、普通鸡蛋作为原材料，廉价易得，银纳米只需少量，成本很低，已有文献报道较少。目前已有文献表明，利用蛋白和酶可以成功合成贵金属荧光纳簇，也已成功合成了金银荧光纳簇。而更简便的利用牛血清蛋白本身的生物矿化作用直接合成金纳簇已有成功先例。可操作性：实现的可能性利用生物矿化制备贵金属荧光纳簇已经有文献报道，方法可行。良乡校区实验室有实验所需的仪器，并且能够和生态坊已有仪器配合使用。实验过程中所用的药品均为常见药品，容易取得。可能存在的问题：银纳簇浓度低，反应易受微小条件变化影响，且对温度和pH值要求较高，操作时需要加以注意。三、预期成果（成果的具体形式，如：申请专利、公开发表论文、制作科技实物（含软件程序）等，可以同时有多种成果形式） 发表学术论文1-2篇。经 费 预 算支出项目金额（元）1、材料、设备费（列出明细）（1）文献调研（2）购买玻璃仪器、透析袋、移液器