基于金属纳米簇与碳点复合材料的荧光传感器构建及其在水环境中汞离子与温度监测的应用研究

本研究针对水体中剧毒Hg2+污染监测和细胞微环境温度检测两大难题，创新性地开发了BSA-AuNCs纳米探针和CDs/AuNCs复合传感器。通过一锅水热法构建的金纳米簇（AuNCs）可实现Hg2+诱导的荧光猝灭及红蓝变色响应，检测限达nM级；而脱水缩合制备的CDs/AuNCs复合材料展现出温度依赖的粉紫-蓝色变特性，为生物医学检测提供了新型双功能纳米工具。

　　

汞污染和温度监测是环境与生命科学领域的两大挑战。汞离子（Hg²⁺）作为水体中最危险的污染物之一，能在人体内蓄积导致神经系统损伤，而传统检测方法依赖昂贵仪器；同时，细胞内的温度波动直接影响酶活性和基因表达，但纳米尺度测温技术仍待突破。针对这些关键问题，吉林大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表创新成果，通过巧妙的纳米材料设计开发出双功能荧光传感器。

研究采用三大核心技术：1）一锅水热法合成牛血清白蛋白保护的金纳米簇（BSA-AuNCs），利用硫-金键稳定结构；2）热溶剂法制备具有蓝绿荧光的碳点（CDs）；3）脱水缩合构建CDs/AuNCs纳米复合材料。通过系统表征和性能测试，建立了简便高效的检测新方法。

【Structural characterization of AuNCs and CDs/AuNCs】透射电镜显示合成的AuNCs和CDs/AuNCs均为1-4 nm单分散球形颗粒，X射线光电子能谱证实Au(0)核与Au(I)配体壳的核壳结构。傅里叶变换红外光谱验证了复合材料中酰胺键的形成，这是实现温度响应的结构基础。

【Chemicals and materials】研究选用环境水样和标准细胞培养基作为检测对象，通过对比17种金属离子的干扰实验，证实探针对Hg²⁺具有高度选择性。在4-60°C范围内，CDs/AuNCs的荧光强度与温度呈线性相关，循环测试显示可逆的变色特性。

【Conclusion】该工作取得三项突破：1）开发的AuNCs探针可通过红-蓝变色实现Hg²⁺可视化检测，检出限达3.2 nM；2）CDs/AuNCs复合材料在生理温度范围内呈现明显的荧光红移，温度灵敏度为0.8%/°C；3）首次实现单一纳米体系对重金属和温度的双参数响应。

这项研究的重要意义在于：环境监测方面，为现场快速检测Hg²⁺提供了无需复杂设备的解决方案；生物医学领域，开发的纳米温度计可实时监测细胞代谢活动。通过国家自然科学基金等项目的支持，该成果为多功能纳米传感器的设计提供了新范式，相关技术已申请专利保护。论文通讯作者Xudong Yang团队指出，未来将优化材料在活体中的稳定性，推动其在实际环境监测和疾病诊断中的应用。