摘要
金纳米颗粒具有独特的光学特性和催化性能，这些特性取决于其形貌、大小、表面化学环境以及聚集-分散状态，通过对这些因素的精确调控（促进或抑制）可以产生可视化的颜色变化和紫外—可见(UV-vis)吸收光谱改变。将这些变化作为读出信号即可实现对分析物的比色检测，具有简单、快捷、经济的特点，因此在临床诊断、环境监测等即时检测领域中有很好的应用前景。 本论文设计合成了基于金纳米颗粒的比色传感用于生化分析，重金属离子和蛋白的检测。在这些研究中，构建了新的策略并对其机理进行了一定的探讨。研究内容如下: 1.合成了十六烷基三甲基溴化铵包裹的金纳米颗粒(CTAB-AuNPs，38nm)，发现其过氧化物酶活性远低于相同尺寸大小的柠檬酸钠包裹的金纳米颗粒(Cit-AuNPs)和抗坏血酸包裹的金纳米颗粒(AA-AuNPs)。致密的CTAB双分子膜(厚度大于2.3nm)产生较大的空间位阻，阻碍底物接近金纳米颗粒，因而抑制了金纳米颗粒的过氧化物酶活性。银离子可以特异性地促进CTAB-AuNPs的过氧化物酶活性，利用TEM、EDX、XPS和UV-vis光谱技术，证明Ag+破坏金纳米颗粒表面的CTAB膜并吸附在金纳米颗粒表面形成Ag+@CTAB-AuNPs复合物，使得底物可以接近金纳米颗粒进而体现出较高的过氧化物酶活性。巯基小分子和Ag+作用可以形成金属聚合物，聚合的Ag+不能形成Ag+@CTAB-AuNPs复合物导致较低的过氧化物酶活性，通过引入的酶联反应即乙酰胆碱酯酶催化水解硫代乙酰胆碱产生硫代胆碱，Ag+@CTAB-AuNPs体系可用于比色检测乙酰胆碱酯酶活性。 2.汞离子(Hg2+)污染对生态环境和人类安全产生巨大的威胁，对水中Hg2+的即时(point-of-care)检测和祛除是非常重要的。很少有文章报道某一种功能材料能够同时实现检测和祛除这两种作用而不借助于其他设备，文献中描述的纳米传感器或者吸附材料仅具有单一功能。设计合成了基于聚多巴胺包裹的金纳米颗粒(Au@PDANPs)和琼脂糖的水凝胶复合物，该水凝胶复合物通过模拟生物矿化作用，能够同时实现对水中Hg2+的可视化的检测和祛除。利用TEM、elemental mapping、XPS、FDTD simulation和UV-vis光谱技术，证明:Au@PDANPs水凝胶复合物可萃取水中的Hg2+;Au@PDANPs可催化还原Hg2+为金属汞(Hg0);Hg0原位沉积在Au@PDA NPs的表面形成纳米点(nanodots，＜3nm);Hg0nanodots和AuNP之间产生等离子耦合，使得水凝胶复合物的UV-vis吸收光谱发生蓝移并伴随颜色的变化（红变黄）。记录这些光学信号的变化，可实现对Hg2+的可视化检测同时可实时评估水凝胶复合物对Hg2+的祛除效果。由于整个过程不需要额外的化学试剂、仪器设备、复杂操作和其他检测评估技术，该水凝胶复合物具有很好的优越性并符合绿色化学的概念。另外通过细胞和动物实验证明该水凝胶复合物是生物安全的，其处理后的水可直接饮用。 在上述实验研究中，对金纳米颗粒新性能的发现和机理研究，可以帮助进一步了解纳米材料的特性，拓展其应用范围，为功能化纳米材料和纳米传感器的设计提供一些基础。
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