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银纳米团簇的多领域应用现状探析

时间:2020-04-29 来源:大众标准化 共2411字
作者:张浩;李晓双;娄大伟 单位:吉林化工学院化学与制药工程学院

  摘要:随着纳米技术的发展和生物技术的进步,功能纳米材料在21世纪已被广泛应用于临床诊断或治疗。特别是纳米团簇因其独特的零维特性决定了它们在生物检测方面的优越性。一般来说,纳米团簇的荧光特性取决于粒径。纳米团簇表现出相对稳定的光学性质、良好的生物相容性、较大的斯托克斯位移和荧光共振能量转移能力。纳米团簇由于尺寸较小,正逐渐成为一种更有前景的纳米材料。银纳米簇(Ag NCs)因其优异的性能而被各个领域研究和利用。为了更好对银纳米簇的性质进行研究,本文阐述了银纳米簇在检测方面的应用,对未来的发展前景和趋势进行了探讨,希望为今后的工作提供一些启示。

  关键词:银纳米簇;应用进展;

  作者简介:张浩(1987-),男,满族,籍贯:辽宁鞍山,学历:博士,职称:讲师,研究方向:荧光纳米材料制备和生物传感器。;   *娄大伟(1973-),男,汉族,籍贯:吉林榆树,学历:博士,职称:教授,研究方向:荧光纳米材料制备和生物传感器等。;

  基金:吉林省科技发展计划项目(批准号:20190303116SF);

  常见的荧光纳米材料包括金属荧光纳米团簇、石墨烯和量子点。其中荧光金属纳米簇具有很好的生物相容性以及优良的荧光特性而被广泛地引起关注。常用的金属荧光纳米团簇有银、金、铜纳米团簇。其中银纳米簇(Silver Nanoclusters,AgNCs)作为具有合成方法简单、荧光量子产率高、荧光发射波长可调等优点,已成为纳米簇领域里发展前景最好的材料之一。

  1、检测金属离子

  水和环境中的Hg2+离子的含量在逐年增加,这会严重危害人类健康。Mittal等人通过鸡蛋白(CEW)和L-半胱氨酸(L-Cys)的协同作用,制备出锌掺杂银纳米团簇(Zn-AgNCs)。加入Hg2+离子后,传感器在紫外光下颜色由红色变为无色,荧光猝灭。由于锌原子的掺杂,AgNCs的量子产率提高13.3%.利用Zn-AgNCs对Hg2+离子进行检测的检测限为68nM,其他化学物质不干扰Hg2+离子的测定。

  2、检测有机小分子

  抗坏血酸又称为维生素C,参与体内多种新陈代谢,能够抵御多种病毒的侵入。Cao等人通过向BSA-AgNCs、Ag+的混合物溶液中加入具有很强还原性的抗坏血酸,能够把Ag+还原成Ag,溶液从无色变为黄色,利用荧光强度的变化从而实现对抗坏血酸的检测。

纳米银创伤贴

  3、检测核酸

  作为DNA的一个基本单元,鸟嘌呤参与了各种生化过程,如冠状动脉血流和心血管系统。据报道鸟嘌呤很容易被自由基或某些氧化剂氧化,因此鸟嘌呤的浓度变化可用来反映氧化损伤的程度,也被认为是各种疾病的一个重要参数。Jin等人研究了一种新型AgNCs纳米材料复合材料对鸟嘌呤进行测定。通过引入Cu2+离子作为调节剂,新型AgNCs纳米材料复合材料成功地测定鸟嘌呤,检测限为1.85μM.此外,还进行了其他核苷酸碱基(如腺嘌呤,胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶)和一些潜在的干扰物质的选择性研究。该传感器结构简单,避免了复杂的合成工艺,检测反应可在5分钟内完成。

  4、检测蛋白质

  转录因子(TFS)是一类DNA结合蛋白,在调节细胞过程中起着关键作用。对转录因子等蛋白质标记物进行灵敏和高效的检测是一个重要的研究领域。Shen研究建立了一种由DNA-AgNCs和聚吡咯纳米颗粒(PPyNPs)组成的用于TFS检测的混合材料。设计的DNA-AgNCs有一个发夹状的核酸结构,可用于识别TFS与PPyNPs.在没有TFS的情况下,DNA-AgNCs与PPyNPs相互作用,导致荧光猝灭。而在TFS存在的情况下,TFS与DNA-AgNCs的结合通过空间位阻机制引起DNA对PPyNPs的解吸,使荧光增强,实现了对TFS的检测。

  5、生物成像方面的应用

  生物成像可以利用光学或电子显微镜直接获得生物细胞和组织的微观结构图像,通过对所得图像的分析来了解生物细胞的各种生理过程。Wang等人演示了一种新的通过G-四链体模板合成一种新型的银纳米团簇的方法。在癌细胞中可以结合核仁素的G-四链体(AS1411)是第一个在病人身上测试用于治疗癌症的核酸适体,它可以抑制癌细胞的增值。在形成银纳米团簇后,AS1411仍保持其结构且能够与癌细胞中的核仁素结合,利用该性质可直接用于生物成像的研究。测定证明银纳米团簇的细胞毒性影响很小,这进一步表明该方法在肿瘤细胞成像中的适用性。

  6、医学方面的应用

  Hsieh等人利用DNA-AgNCs与核酸外切酶III对甲氧檗因(抗肿瘤药)进行检测。Zhang等人研究了一种基于纳米复合材料的新型生物传感器,使用癌胚抗原(CEA)靶向适体作为模板,结合锆金属-有机骨架(Zr-MOF,UiO-66)合成AgNCs@Apt@UiO-66.合成的AgNCs@Apt@UiO-66纳米复合材料不仅具有良好的生物相容性,还具有很好的电化学性能、高载药量、强生物亲和力,也可以分散形成具有纳米级厚度的二维纳米复合材料。使用AgNCs@Apt@UiO-66可以检测CEA.

  7、检测细菌

  近年来,食品安全问题已成为全球公共卫生的威胁,人体摄入的食物中,大肠杆菌O157:H7是威胁人类健康的一种细菌,因此,建立一种快速而敏感检测它的方法是必要的。Liu设计了一个由单链DNA制备的AgNCs,利用荧光强度的变化进而定量的检测大肠杆菌O157:H7.检测到大肠杆菌O157:H7的灵敏度达到了1.905×103CFU/mL.与常规方法相比,这种技术的灵敏度增加了30倍。该方法也可于食品样品的检测。

  8、结论与展望

  近年来,银纳米团簇作为一种新型的荧光团,越来越受到人们的关注。银纳米簇在生命科学中具有广泛的潜在应用。银纳米簇由于具有很多优良的性能,如低毒性、水溶性好、良好的生物相容性等优点,已经逐渐被人们所开发和研究。银纳米簇有望替代传统的荧光探针,在生物传感、细胞成像、光电子和纳米医学等领域有进一步的发展。目前银纳米簇的应用已经十分的广泛,相信在未来,人们对银纳米簇的研究将会更加的深入,银纳米簇将会应用于各个领域。

  参考文献

  [1]Shang L,Dong S,Nienhaus G U.Ultra-small fluorescent metal nanoclusters:Synthesis and biological applications[J].Nano Today,2011,6(4):401-418.
  [2]Wang C,Xing K,Zhang G,et al.Novel ELISA based on fluorescent quenching of DNA-stabilized silver nanoclusters for detecting E.coli O157:H7[J].Food Chemistry,2019,281:91-96.

原文出处:张浩,李晓双,娄大伟.银纳米簇的应用进展[J].大众标准化,2019(12):23-24.

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