金属纳米簇(metal nanocluster,NCs)也称为量子簇,由于其具有强而稳定的荧光发射性、低毒性及良好的生物相容性等优点以及其结构上具有粒径小(?2nm)、表面易被功能化等特点,因而成为近几年来的研究热点并被广泛地应用于纳米医学领域(包括生物传感、生物成像和生物治疗等)。金属纳米簇由几个到多于100个原子(通常为金(Au)或者银(Ag)原子)组成,与纳米颗粒不同的是其具有类分子的性质、在近红外区域发长寿命荧光以及具有较宽的双光子激发范围,这使得它们能够广泛地应用于体内和体外成像研究。由于金属纳米簇的表面活化能高易于聚合生长成不发光的大颗粒,因而需要使用合适的配体分子进行保护提高其稳定性。目前常用的配体分子包括:聚合物、有机小分子、生物分子等。尽管金属纳米簇相关研究已经取得了极大的进展,但仍存在一些问题,如荧光量子产率低、生物学应用中的局限性。基于此,我们利用新方法合成了一系列的金属纳米簇以及双金属纳米簇,进而提高其荧光量子产率并拓展其在生物学中的应用;并对其发光机理和结合模式进行了深入的研究。主要分为三个部分:一、通过加热搅拌法成功地制备了由单磷酸腺苷(Adenosine monophosphate,AMP)保护的金纳米簇(AuNCs@AMP)。对其反应条件如时间、温度及浓度比例进行了优化,最后确定1 h、80?C及AMP:Au=10:1为最佳合成条件。基于以上条件制备的AuNCs@AMP具有强而稳定的荧光,且荧光量子产率(QY%)高达14.52%。然后,我们通过红外吸收光谱、核磁氢谱磷谱及质谱对其结合模式及金和AMP的个数比列进行了深入的研究。结果表明,在配体AMP中,O、N及-NH2均为富电子原子或基团,都能够促进AuNCs@AMP的荧光发射;但是保护配体AMP上的嘌呤环和部分磷酸基团在金核表面的取向是决定AuNCs@AMP荧光量子产率高的主要因素。本章节通过对高亮发光AuNCs@AMP的制备机理的研究,希望可以激励更多的关于AuNCs的合成及实际应用方面的研究。二、乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,ldh)是动物、植物及原核生物中普遍表达的一种酶,其主要生物学功能是作为一种质子转移酶催化乳酸盐(lactate)和丙酮酸盐(pyruvate)之间的转化。它是常见疾病(甲状腺功能减退、贫血、脑膜炎及急性胰腺炎)重要的生物靶标。鉴于荧光检测方法的灵敏度高,我们进一步以已制备的auncs@amp为新型的荧光探针对ldh进行定量检测。ldh能使auncs@amp的荧光猝灭,并且在ldh较宽的浓度范围(50-1000nm)内,呈线性猝灭,其涵盖了临床诊断的浓度范围。特别是,这种检测比已报道的检测手段更敏感且具有极低的检测限0.2nm(26pg/μl,0.8u/l)。对比研究表明auncs@amp对具有不同等电点的其它蛋白质无荧光猝灭响应,说明其对ldh的检测具有高选择性。另外,我们通过荧光、紫外光谱详细地研究了其响应机制,结果表明该猝灭响应本质是auncs@amp与ldh表面游离的巯基相互作用形成具有强结合能力的s-au键。因此,本章研究提供了一种低成本、快速简单检测ldh的方法,且此方法有高选择性和灵敏性,这为将来的临床诊断提供了一种可能的检测方法。三、我们进一步制备了amp保护的新型金银合金纳米簇(au/agncs@amp)。该工作是首次通过水热合成法制备粒径较均一的金属纳米簇。对其合成条件如温度、时间及浓度比例进行了优化,最终确定120?c、30min及amp:ag:au=5:1:0.2的最佳制备条件,此方法制备的au/agncs@amp具有较高的qy(8.46%)。通过荧光和紫外吸收光谱,观察到au/agncs@amp具有光敏性,使用时需要避光保存。通过对其制备过程的探索,au/agncs@amp形成了一种以金原子为核心银原子分布在其表面的结构。进一步我们利用阳离子型聚合物聚乙烯亚胺(pei)与该纳米簇结合构筑au/ag-amp-pei组装体系,进一步提高其荧光量子产率。基于pei的树枝状结构及pei中的-nh及-nh2基团与金属原子的强结合能力,使au/agncs@amp单分散地固定在pei结构中起到了很好的排水效应,进而使qy增强3.5倍左右(26.21%)。本章节,为小分子保护的金属纳米簇提供了一种新的合成方法,以及希望通过构筑纳米簇和大分子的组装体系为解决ncs低荧光量子产率的问题提供一个可行性方案。