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倾情分享——解读自己最近在Nanoscale发表的关于金纳米簇的Paper
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文章信息： Facile preparation of water-soluble fluorescent gold nanoclusters for cellular imaging applications Li Shang, René M. Dörlich, Stefan Brandholt, Reinhard Schneider, Vanessa Trouillet, Michael Bruns, Dagmar Gerthsen and G. Ulrich Nienhaus Nanoscale, 2011, 3, 2009-2014 Received 06 Dec 2010, Accepted 15 Jan 2011 First published on the web 10 Feb 2011 This article is part of the collection: Optical Materials  http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/NR/C0NR00947D 该文的内容其实很简单，就是发展了一种新的合成小尺寸，具有发光性质的金纳米簇的简单方法，实验中使用了一个两性的小分子配体，DPA，这样可以使其保护的纳米材料能在较宽的pH范围内都具有好的稳定性，适于生物应用。文中特别对金簇的发光机理进行了讨论，根据XPS中金的结合能以及NaBH4对发光性质的影响，推测了该金纳米簇的发光和其表面原子与配体的作用有一定的关系。最后，使用了双光子成像技术，将该金纳米簇成功地用于了细胞成像。 下面简单介绍一下该文发表背后的故事，从文章的想法的由来，到实验中经历的问题，直至最终文章的写作和发表的整个过程。希望能对各位虫友，尤其是新手能有些帮助。 （PS：下述内容从原帖http://forum.chem8.org/thread-65750-1-1.html 整理） Idea 该工作其实自己博后来德后的第一篇工作，大体思路是希望将自己在博士期间积累起来的金属纳米材料和荧光领域的知识与德国这边Host的荧光显微镜成像技术结合起来做些纳米生物学相关的东西。刚开始在和教授聊工作计划的时候，特别谈到过荧光纳米材料的表面配体对应用到细胞实验的重要性。翻阅了该组近期的工作后，我发现他们近期在半导体量子点（QDs）的研究中使用了一个小分子配体——带巯基的两性配体 （DPA），觉得应该也可以用于到金纳米簇的合成当中。于是在正式开始进实验室工作后，就动手准备试试这个idea。万事开头难，在异国他乡开始实验就更不容易了，尤其是咱的这在国内平时难得出口的中式英语和德国人交流起来也不太容易。还好，组里的德国同事都挺不错的，帮助很多。 Synthesis 合成大尺寸的金纳米材料虽然容易，但是要想得到具有可观的发光性质的金纳米粒子并不是件简单的事情。因为一般的金纳米粒子的发光性质是很弱的，近几年的报道发现只有尺寸小于2个nm的很小的金纳米簇才有可能具有很好的发光性质，除了控制其尺寸之外，合成中的许多参数也都需要精心调控，比如还原剂的选择，反应物的计量比，温度等等。一开始试了好几种条件，比如直接高温还原，使用强还原剂等都不见凑效，一晃2个月都快过去了。好在我是拿的洪堡的钱来的实验室，教授倒也不怎么催问，自己可以自由地掌控实验的进度，但实验进展不顺也得想招解决啊，尤其是这还是出国的头一炮，可不能哑火了。实验遇到问题了，有效的解决办法之一就是翻阅一些相关文献，也许答案就藏在前人的工作之中，或者至少能给我们一些有益的启迪。在翻阅近期发表的一些合成金纳米簇的文献中，我发现了有个组在使用一种THPC（全称太长，感兴趣的可以见paper）的还原剂来合成金纳米粒子作为前躯体，然后再通过巯基刻蚀的方法来降低金纳米粒子的尺寸，最终得到较小尺寸的发光的金纳米簇。于是，我先用这个类似的方法试了一下我选的这个配体，发现挺管用，也能得到发橙色荧光的纳米簇。但这种办法的缺点之一是需要多步反应，而且发光并不是很强。因此，我的下一步目标就是试试看能否直接使用该还原剂一步得到发光的产物。经过若干次的尝试，最终算是实现了这个一步合成的目标。 Characterization 纳米材料合成的工作一般都是遵循着“合成—表征—应用”的三部曲。所以，接下来就是表征了。光谱、表面电位、稳定性等很容易在自己的组里就能搞定，但是TEM（尺寸，形貌）， XPS（组成，元素价态）等表征就是个问题了。在国内读博时，所里相应的仪器都是开放的，直接将药品送过去，几天内就能拿到结果。德国这边显然是另外一套工作的体系，他们的很多仪器都对外开放使用，但需要通过和他们合作的渠道来进行联系。卡鲁大学（KIT）里的这些管仪器的人还都挺不错的，发去邮件后很快就回复，表示感兴趣，可以合作，帮忙表征。这里不得不强调一下德国人科研的严谨和认真。在正式送样品之前，他们会要求我先过去详细谈一下他们仪器的性能指标，做这个表征的目的，我的样品的特性，样品制备的事项等等。然后再按预约的时间送样品前往，实验后又会和我深入地讨论结果，如何分析。这些在我国内的时候几乎没经历过的，所以刚开始很不太适应，觉得多简单个事，德国佬咋整的这复杂涅，但几次过后就很是认同，这才是做科研该有的态度。当然，一个小缺点是整个过程耗时太久，我那个XPS表征从开始联系到最后拿到数据至少花了4个月时间，这节奏要放到国内，不能想象的。 Application 一系列几乎是标准套路的表征完成后，就该考虑到应用了。这类荧光纳米探针的应用主要有两个，一个是光学检测（也是我研究生期间的主要方向），另一个就是生物成像。这个教授所在的是物理系，组里有多台荧光成像显微镜，部分还是学生自己搭建的，显然借助于他们的成像技术将我合成的荧光纳米簇应用于细胞成像是个很不错的选择。找了组里一个擅用荧光显微镜的还做过细胞实验的德国小伙聊了聊我的想法（我在这两方面的经验之前基本为空白），然后我们就开始了实验。在组里的各式各样的荧光显微镜里，我们最终选择了双光子成像，这是考虑该技术能极大地减弱细胞的自荧光和背景荧光的干扰，因为激发光在近红外区，而且我合成的材料发光效率并不是很高。实验还算顺利，前前后后花了两个来月，算是搞定了。考虑到德国人的工作效率，两个月算是很快的了，这还多亏了我们要赶着投稿，教授亲自过问了该实验。为了让结果更漂亮，德国小伙还专门整了个三维的细胞成像图片，这样细胞膜和进入细胞的纳米粒子一目了然，着实让人看着很舒服。 Manuscript 大概2010年11月份的时候，教授和我提起说他有个来自Nanoscale的关于“Optical Materials”特刊的约稿(http://forum.chem8.org/thread-56968-1-1.html)，因为正好和我手头的这个工作方向一样，问我有没有兴趣。Nanoscale是RSC2009年才新创的一个纳米类新刊，中科院白春礼院长主编，看了看该期刊前期的文章，觉得还不错，此外这种约稿的话接受的几率相对高一下。最终决定将该工作整理出来，赶在了投稿截止日（12月8号）前将我的博后第一篇献给了Nanoscale。文章写作中一个感触很深的事情就是教授在给我的文章的修改的认真程度超出了我的想象。算算我之前自己独立写作了10多篇paper了，自我感觉本来还算不错的，可当我拿到他给我的初稿的修改稿后，发现全文密密麻麻的红色修改标记，小到写作中不定冠词和连接词的使用，实验部分中化学试剂的产地，图片的清晰度，就连参考文献作者名字的错误都被一一揪出来了，呵呵。而且，教授的工作效率也值得称道，一般3天内就能返回修改意见，邮件回复更是及时。和地道的德国教授不太一样，我的这个host曾在美国呆过10来年，所以身上也有不少美国人的勤奋和效率，周末都经常在工作。来来回回修改了三四次最后才算定稿，和初稿比起来，确实觉得在写作和表达上进步不少。投稿过程还是很顺利的。2010年12月9日投稿，2011年1月8号审稿意见返回，两个小修，1月15号接受，2月10号Online，3月15号在Themed Issue"Optical Materials"(http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/nr/c1nr90008k)刊出。 [ 来自科研家族 纳米技术 ] [ Last edited by sally208 on 2011-12-7 at 16:34 ] |
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sally208: 回帖置顶 2012-03-08 15:38:59
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
sally208: 回帖置顶 2012-03-08 15:38:59
| LZ的这篇文章我详细拜读过，还在组会文献报告上讲了。当时觉得idea不是特别的新颖，配体选用的是QDs常用的DPA，但是使用的弱还原剂是头一次见到，估计是硼氢化钠这种强还原剂得到的Au团簇颗粒大，没有荧光。个人觉得用硼氢化钠还原的得到荧光Au团簇的方法，使用的配体都是偏酸性的，可能在还原剂加入过程中起到了缓冲的作用，不至于在成核阶段就发生大的团聚。中间对Au (I)和Au (0)荧光机理的探讨，应该是作者对博士期间工作的机理方面的一个总结。后面的三维细胞成像非常非常漂亮。期待下一篇力作！ |
47楼2012-03-08 15:24:13
sally208
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