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金纳米团簇(AuNCs)是近年来刚发展起来的一种新型无机纳米材料，它是指在特定的配体分子(如硫醇、高分子聚合物、蛋白质)保护下形成的由几个到上百个金原子组成的分子级聚集体。其粒径一般小于3nm，介于单个金原子和大颗粒金纳米粒子之间，具有一些特殊的性质，如高催化活性、光致发光、电致发光等。一般而言，AuNCs由无机金核和有机配体外壳两部分组成。本论文我们以AuNCs为研究对象，分别以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)、L-甲硫氨酸(Met)和脲酶为配体保护分子合成得到了三种不同功能化的AuNCs。实验对NAC-AuNCs、Met-AuNCs和脲酶-AuNCs三种新材料进行了充分的表征，系统探讨了它们的稳定性，并将其成功应用于分析测定体系中。以NAC-AuNCs为荧光探针，实现了对尿素、脲酶、脲酶抑制剂、葡萄糖及过氧化氢酶的测定；以脲酶-AuNCs为荧光探针，实现了对Hg2+的测定；以Met-AuNCs分别为荧光探针和电致化学发光探针，实现了对Cu2+和多巴胺的测定。另外，基于蛋白质-配体相互作用，介绍了一种将水不溶性荧光AuNCs转换为水溶性荧光AuNCs的方法，并对蛋白质与配体间相互作用进行了深入研究，该制备方法具有良好的通用性。最后，我们基于主客体识别作用，提出了一种新的提高AuNCs发光效率的合成方法，所得产物的荧光量子产率高达65%，通过充分的表征和理论计算，实验得出AuNCs荧光增强的机制来源于其外壳配体分子的刚化作用。论文的主要内容和结果如下：
1．N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇的制备及其用于尿素、脲酶及脲酶抑制剂的测定
以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为保护剂和还原剂一步法合成AuNCs荧光材料。所制得的AuNCs可产生强烈的红色荧光，具有稳定性高、斯托克斯位移大等特点。此外，该AuNCs具有超高的pH响应性能(响应区间：6.05~6.40)。基于NAC-AuNCs优异的pH响应特点，构建了尿素、脲酶及脲酶抑制剂的分析测定体系，并成功实现人尿尿素含量的检测及人胃组织幽门螺旋杆菌感染的诊断。
2．N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇用于葡萄糖和过氧化氢酶的测定
Fe2+催化过氧化氢产生羟自由基的反应被称为Fenton反应。实验发现，NAC-AuNCs对过氧化氢具有良好的稳定性，但其荧光能够被Fenton反应生成的羟自由基所猝灭。其荧光猝灭的机制为表面0价金原子被氧化成+1价金原子。基于此，以过氧化氢为中间物，设计了一种荧光“turn-off”型测定葡萄糖和“turn-on”型测定过氧化氢酶的方法，并成功实现实际样品分析检测。
3．基于脲酶模板法金纳米团簇的制备及汞离子测定应用
以脲酶为生物模板分子成功制备出AuNCs。该AuNCs具有强烈的红色荧光且稳定性良好。实验发现，Hg2+可显著猝灭脲酶-AuNCs的荧光，基于此，构建了一种荧光测定Hg2+的方法。
4．L-甲硫氨酸保护的金纳米团簇的制备及其铜离子测定应用
以L-甲硫氨酸(Met)为配体分子合成AuNCs荧光材料。所制得的Met-AuNCs可产生强烈的黄色荧光，具有荧光寿命长、稳定性高及斯托克斯位移大等特点。此外，以Met-AuNCs作为荧光纳米探针，构建了一种快速、简便、灵敏的Cu2+检测方法。
5．基于L-甲硫氨酸保护的金纳米团簇的电致化学发光传感器用于细胞多巴胺的测定
将Met-AuNCs修饰到玻碳电极表面上并研究了其电致化学发光(ECL)性能。实验发现，当以K2S2O8作为共反应剂时，可以观察到一个很强的阴极ECL信号，我们对该ECL的发生机制进行了系统探究。此外，以多巴胺为例，讨论了基于Met-AuNCs的ECL传感器的潜在应用价值，并成功实现了对细胞释放多巴胺的测定。
6．配体-蛋白质相互作用介导的水溶性金纳米团簇的合成
以3-巯基丙酸(MPA)为例，通过引入牛血清白蛋白(BSA)，提出了一种将不溶性AuNCs转换为可溶性AuNCs的制备方法。实验表明，AuNCs通过其表面配体分子MPA以疏水作用力与BSA发生作用。形成BSA/MPA-AuNCs后，BSA的空间构象发生变化，其α螺旋含量增加。本制备方法具有一定的通用性，通过改变蛋白质和配体分子种类可以得到不同类型的水溶性AuNCs。
7．L-精氨酸介导的高荧光量子产率金纳米团簇的制备及其机理研究
首先以6-氮杂-2-硫代胸腺嘧啶(ATT)为保护剂和还原剂一步法制备出具有绿色荧光的AuNCs，其荧光量子产率为1.8%。当引入L-精氨酸(Arg)后，ATT-AuNCs的荧光强度大大增加，其荧光量子产率增大至65%。实验表明，Arg分子中的胍基对AuNCs强荧光的产生至关重要。Arg通过胍基与ATT发生主客体识别作用，形成两个分子间氢键，使得AuNCs表面配体分子发生刚化，限制了配体分子的振动和转动，减少了能量损失，从而大大提升AuNCs的荧光量子产率。此外，还探讨了碳链长度及取代基对胍增强ATT-AuNCs荧光强度的影响。
1．N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇的制备及其用于尿素、脲酶及脲酶抑制剂的测定
以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为保护剂和还原剂一步法合成AuNCs荧光材料。所制得的AuNCs可产生强烈的红色荧光，具有稳定性高、斯托克斯位移大等特点。此外，该AuNCs具有超高的pH响应性能(响应区间：6.05~6.40)。基于NAC-AuNCs优异的pH响应特点，构建了尿素、脲酶及脲酶抑制剂的分析测定体系，并成功实现人尿尿素含量的检测及人胃组织幽门螺旋杆菌感染的诊断。
2．N-乙酰-L-半胱氨酸保护的金纳米团簇用于葡萄糖和过氧化氢酶的测定
Fe2+催化过氧化氢产生羟自由基的反应被称为Fenton反应。实验发现，NAC-AuNCs对过氧化氢具有良好的稳定性，但其荧光能够被Fenton反应生成的羟自由基所猝灭。其荧光猝灭的机制为表面0价金原子被氧化成+1价金原子。基于此，以过氧化氢为中间物，设计了一种荧光“turn-off”型测定葡萄糖和“turn-on”型测定过氧化氢酶的方法，并成功实现实际样品分析检测。
3．基于脲酶模板法金纳米团簇的制备及汞离子测定应用
以脲酶为生物模板分子成功制备出AuNCs。该AuNCs具有强烈的红色荧光且稳定性良好。实验发现，Hg2+可显著猝灭脲酶-AuNCs的荧光，基于此，构建了一种荧光测定Hg2+的方法。
4．L-甲硫氨酸保护的金纳米团簇的制备及其铜离子测定应用
以L-甲硫氨酸(Met)为配体分子合成AuNCs荧光材料。所制得的Met-AuNCs可产生强烈的黄色荧光，具有荧光寿命长、稳定性高及斯托克斯位移大等特点。此外，以Met-AuNCs作为荧光纳米探针，构建了一种快速、简便、灵敏的Cu2+检测方法。
5．基于L-甲硫氨酸保护的金纳米团簇的电致化学发光传感器用于细胞多巴胺的测定
将Met-AuNCs修饰到玻碳电极表面上并研究了其电致化学发光(ECL)性能。实验发现，当以K2S2O8作为共反应剂时，可以观察到一个很强的阴极ECL信号，我们对该ECL的发生机制进行了系统探究。此外，以多巴胺为例，讨论了基于Met-AuNCs的ECL传感器的潜在应用价值，并成功实现了对细胞释放多巴胺的测定。
6．配体-蛋白质相互作用介导的水溶性金纳米团簇的合成
以3-巯基丙酸(MPA)为例，通过引入牛血清白蛋白(BSA)，提出了一种将不溶性AuNCs转换为可溶性AuNCs的制备方法。实验表明，AuNCs通过其表面配体分子MPA以疏水作用力与BSA发生作用。形成BSA/MPA-AuNCs后，BSA的空间构象发生变化，其α螺旋含量增加。本制备方法具有一定的通用性，通过改变蛋白质和配体分子种类可以得到不同类型的水溶性AuNCs。
7．L-精氨酸介导的高荧光量子产率金纳米团簇的制备及其机理研究
首先以6-氮杂-2-硫代胸腺嘧啶(ATT)为保护剂和还原剂一步法制备出具有绿色荧光的AuNCs，其荧光量子产率为1.8%。当引入L-精氨酸(Arg)后，ATT-AuNCs的荧光强度大大增加，其荧光量子产率增大至65%。实验表明，Arg分子中的胍基对AuNCs强荧光的产生至关重要。Arg通过胍基与ATT发生主客体识别作用，形成两个分子间氢键，使得AuNCs表面配体分子发生刚化，限制了配体分子的振动和转动，减少了能量损失，从而大大提升AuNCs的荧光量子产率。此外，还探讨了碳链长度及取代基对胍增强ATT-AuNCs荧光强度的影响。