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發光奈米材料的合成及分析應用

公告類型: 奈米新知
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近幾年來,國立台灣大學化學系張煥宗教授團隊積極發展低毒性的發光奈米材料,包括發光金屬團簇(metal nanoclusters, NCs)及碳奈米量子點(C-dots),並將之開發成靈敏的感測器。金屬團簇主要包含銅、銀、金奈米團簇,其粒徑多小於3 nm,其放光特性可藉由改變團簇的內核大小以及團簇表面的保護基團(capping ligand)種類等加以調控。由有機小分子(如甘胺酸)、廢棄物(如咖啡渣和茶葉)或植物(如薑)等經由水熱法合成之碳奈米量子點,不但具有極高之光穩定度,其放光波長還會隨激發波長增加而產生紅位移。

11-巰基十一烷酸(11-mercaptoundecanoic acid, 11-MUA)為保護基所合成的金奈米團簇(11-MUA-Au NCs),可利用汞離子使其螢光猝滅的原理來檢測二價汞離子(詳見Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6824-6828; J. Mater. Chem., 2012, 22, 12972-12982.)。因DNA修飾的金奈米粒子可使蛋白質修飾的11-MUA-Au NCs之螢光猝滅,故可用於偵測血小板生長因子。以去氧核醣核酸(DNA)為模板所合成的銀奈米團簇(DNA-Ag NCs),可用來檢測環境中銅離子、蛋白質和DNA等。(詳見Chem.
Commun. 2014, 50, 9800-9815)。

為降低成本,我們以盤尼西林胺(penicillamine)為保護基來合成銅奈米團簇聚集物(PA-Cu NCs aggregates)。我們發現銅奈米團簇具有聚集誘導發光(aggregation induced emission)特性,其螢光強度會隨著溶劑的比例增加而上升且具有氫鍵接收性質(hydrogen acceptor)之二甲基甲醯胺和二甲基亞碸等溶劑會導致其螢光波長藍位移。由於銅和硫可形成較強之銅硫鍵,銅奈米團簇聚集物會在硫離子存在下轉化成不發光的硫化銅奈米粒子,故可用來偵測溫泉中的硫化氫,偵測極限達500 nM(詳見Nanotechnology 2014, 25, 195502.)

碳奈米量子點主要的組成為碳sp2混層結構以及一些氧、氮缺陷。由於碳奈米量子點的量子產率高、光穩定度好、耐鹽且可均勻分散於水中,故可直接或經簡單修飾後作為細胞顯影劑及生物感測器。(詳見Chem. Commun. 2012, 48, 3984-3986.)

原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=taiwanNano&mod=welcome&action=show&gid=1000

撰文/譯者:張煥宗/台灣大學化學系   責任編輯:蔡雅芝
研究團隊:台灣大學生物奈米分析實驗室
發布日期: 2015/01/09
發布人員: 王芊樺