纳米金簇是一种由几个到上百个金原子组成、尺寸为 1 纳米左右的纳米材料。研究表明，纳米金簇具有生物毒性低、荧光性能优良等优点，是一种极具潜力的生物荧光成像材料。目前纳米金簇的合成方法以模板法为主，其中蛋白质模板法由于其合成条件温和，生物相容性好而受到广泛关注。通常认为，蛋白质在金簇合成过程中起到了稳定剂和还原剂的作用，即氯金酸前体首先与蛋白表面的巯基、羧基等结合形成复合物，然后在碱性溶液条件下，酪氨酸将氯金酸前体还原为金原子。研究表明，巯基含量丰富的蛋白质有助于合成高发射波长的纳米金簇。
　　角蛋白是一种广泛存在于动物皮肤及皮肤附属物中的纤维状蛋白质。其突出特点是，蛋白一级结构中含有较高比例的半胱氨酸（ 7-20%） ，并以二硫键形式存在于天然组织中。研究证明，采用还原法能够有效制备得到自由巯基含量丰富的再生角蛋白。受此启发，本研究提出以角蛋白为模板制备荧光强度高、水稳定性好且生物相容性良好的荧光金纳米材料。
　　首先，以还原型角蛋白为模板，氯金酸为前体，制备角蛋白纳米金簇。通过优化反应条件确定了合成荧光强度较高的纳米金簇的最优条件，即角蛋白溶液浓度为 25 g/L，氯金酸溶液浓度为 10 mM，反应溶液 pH=12，反应温度和时间分别为 37℃、12 h。荧光光谱仪分析表明该角蛋白纳米金簇的激发波长为 525 nm，发射波长为 680 nm，量子产率为 6%。动态光散射分析表明，该角蛋白纳米金簇水合粒径约 20 nm。CCK-8 细胞活性实验，溶血实验和体内代谢实验表明，该角蛋白纳米金簇具有良好的生物相容性和体内可代谢性。细胞吞入实验表明该角蛋白纳米金簇可以被细胞摄入且具有细胞成像性能。然而，该角蛋白纳米金簇在水溶液中的稳定性较低，在 4℃水溶液中保存一周时间，荧光强度降低为原来的 60%。通过粒径分析，发现该角蛋白纳米金簇于水溶液中保存一周后，粒子直径增加到 100 nm，即金簇粒子之间发生团聚，导致荧光性能降低。我们认为，这主要是由于角蛋白表面的自由巯基之间发生二硫键交联产生粒子团聚。
　　针对角蛋白纳米金簇稳定性较低的问题，本研究提出进一步采用银离子改性的方法提高其稳定性。其原理为银离子能屏蔽角蛋白表面的巯基（形成Ag-S键），避免巯基之间形成二硫键而引发团聚。结果表明，与角蛋白纳米金簇相比，所得银离子修饰纳米金簇的荧光强度增强了 3倍，发射波长由 680 nm红移至 710 nm，量子产率增加为10%。透射电镜和动态光散射分析表明其粒径为8 nm左右，且可在水溶液中稳定保持 4 个月，荧光性能保持稳定。此外，细胞毒性实验和溶血实验证明银离子修饰纳米金簇具有良好的生物相容性，且具有细胞成像性能。同时，该银离子修饰纳米金簇在离体血管造影和体内小鼠肿瘤模型中均显示出良好的荧光成像效果。
　　最后，为了进一步提高纳米金簇的荧光强度，本研究提出以钆离子为螯合剂，制备钆离子聚集的纳米金簇粒子。研究表明，在较佳合成条件下，纳米金簇/钆粒子复合物的粒径为 100 nm 左右，稳定性和生物相容性良好；相对于角蛋白纳米金簇，其荧光强度增强了 4 倍。此外，该纳米金簇/钆粒子复合物具有核磁成像性能，其弛豫率达到 20.26 mM-1s-1（为临床用钆硼酸的 5 倍左右）。体内实验表明，该纳米金簇/钆粒子复合物在体内小鼠肿瘤模型中显示出良好的荧光和核磁共振双模成像效果，并可作为还原响应型药物输送载体。