金纳米簇(Gold Nanoclusters, AuNCs)是由几个到几百个金原子组成、尺寸通常小于 2nm 的超小纳米材料,因尺寸接近费米波长,展现出与传统金纳米颗粒截然不同的分子特性,在生物医学、光学传感等领域极具价值。以下是详细介绍:
核心结构:由有限数量金原子构成核心(如 Au₁₀、Au₂₅、Au₃₈等),表面常被硫醇、蛋白质、核酸等配体包裹,形成稳定的 “核 - 壳” 结构,尺寸多在 0.5-2nm 之间,无明显表面等离子体共振(SPR)效应。
光学性质:具有独特的荧光特性,发射波长可覆盖可见光至近红外区(400-1200nm),且荧光量子产率高、光稳定性好(优于传统有机荧光染料),部分还具有聚集诱导发光(AIE)特性。
化学性质:表面配体可通过配位作用或共价键修饰,易实现功能化;因原子排布离散,电子能级呈量子化分布,表现出类似半导体的 “分子特性”,而非金属的宏观性质。
生物安全性:超小尺寸使其易穿透细胞膜 / 组织屏障,且低毒性(远低于 larger 金纳米颗粒)、良好的生物相容性,适合生物体内应用。

制备核心是控制金原子聚集数量并通过配体稳定,主流方法包括:
化学还原法:以氯金酸(HAuCl₄)为金源,在配体(如硫醇、谷胱甘肽)存在下,用弱还原剂(如 NaBH₄、抗坏血酸)缓慢还原,通过调控金源 / 配体 / 还原剂比例控制簇尺寸。
模板法:以生物分子(如牛血清白蛋白 BSA、DNA)为模板,利用其空腔或官能团(氨基、巯基)诱导金原子定向聚集,一步合成生物相容性好的 AuNCs(如 BSA-AuNCs)。
刻蚀法:用配体(如硫醇)刻蚀较大的金纳米颗粒,使其分解为尺寸均一的小簇,可精准控制产物粒径。
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