1. IntroductionFluorescent metal na

1. Introduction
Fluorescent metal nanoclusters (NCs) are small atom assemblies (e.g., Au, Ag and Cu nanoclusters) that consist of a few to a hundred atoms. Since the size of NCs approaches the Fermi wavelength of an electron, they show discrete, size-tunable electronic transition and strong fluorescence emission [1]. Fluorescent metal nanoclusters are usually prepared by a biomineralization manner, in which biomolecules (e.g. small thiol-molecule, polymer, protein and nucleic acid) are used as templates to mediate the formation of NCs [2], [3], [4], [5], [6], [7] and [8]. Among them, due to excellent molecule recognition properties, cost-effectiveness, and high affinity for some metal ions, DNA has been recognized as a good template in synthesis of fluorescent metal nanoparticles [9], [10], [11] and [12]. For instance, since the first successful demonstration of DNA templated silver nanoclusters (AgNCs) by Dickson’s group in 2004 [13], DNA-AgNCs with different fluorescence emission have been widely studied and successfully applied for biosensing and bioimaging [14], [15], [16], [17], [18] and [19]. In 2010, Mokhir et al. have reported that the dsDNA could act as an efficient template for preparing fluorescent copper nanoparticles (CuNPs) at a low concentration of CuSO4[20]. Subsequently, our group has systematically investigated the effect of sequence type and sequence composition on the formation of fluorescent CuNPs. The results showed that single stranded poly-(thymine) DNA could also template CuNPs with excellent fluorescence, while dsDNA-templated CuNPs was poly(AT-TA)-dependence formation [21] and [22]. More importantly, the synthesis of DNA-CuNPs was highly efficient and could be completed within several minutes under ambient conditions, which facilitated the wide application of DNA-CuNPs in biochemical analysis [23], [24], [25], [26], [27], [28] and [29]. However, these NCs are not without their drawbacks. The main one is their heterogeneous populations within one sample. In addition, the stability of DNA-CuNPs and the synthetic efficiency of DNA-AgNCs are dissatisfactory, which restrict their practical application far from the laboratory.

Meanwhile, gold nanoclusters (AuNCs), another example of fluorescent metal nanoclusters, have attracted great attention in the field of biochemical analysis due to its biocompatibility and photostability. It has been successfully applied to various systems studied in the academic labs and perhaps they are being developed into real products now. Unlike successful synthetic strategies and fluorescence tunability of AgNCs and CuNPs with different DNA templates, the use of DNA as a template for preparing fluorescent AuNCs has been reported in relatively few studies. Lately, DNA-AuNCs with red emission has been synthesized using dimethylamine borane (DMAB) as reducing agent [30], [31] and [32]. Blue emitting AuNCs templated by poly-(cytosine) DNA at low pH and poly-(adenine) DNA at neutral pH were also synthesized by Liu’s group [33]. However, all of these syntheses require a fairly long reaction time and complicated process, which might discourage its practical applications. Therefore, it is still a challenging problem to develop rapid and efficient strategies for synthesizing stable fluorescent DNA-AuNCs. Inspired by this challenge, herein we hope to develop a facile and fast strategy for synthesizing DNA-AuNCs and then apply them for practical application. In this strategy, different single stranded DNAs were firstly investigated for synthesizing DNA-AuNCs with (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) HEPES as reductant. The synthetic process was depicted in Scheme 1, the stock solutions of DNA were pre-incubated with reduction of HEPES in PBS buffer. Then, a certain amount HAuCl4 was added to initiate the synthesis of DNA-AuNCs. This reaction could be completed within 5 min under ambient conditions. After the effective template was identified, this high fluorescence-emissive DNA-AuNCs was employed as a label-free optical probe for Hg2+ ions detection based on Hg2+ induced fluorescence quenching. Compared with reported methods, this method is mild, fast, and without complex operations and design. Moreover, this nano-material is more suitable as a fluorescence probe for practical application due to its facile synthetic process.

Kết quả (Việt) 1:

1. giới thiệuFluorescent metal nanoclusters (NCs) are small atom assemblies (e.g., Au, Ag and Cu nanoclusters) that consist of a few to a hundred atoms. Since the size of NCs approaches the Fermi wavelength of an electron, they show discrete, size-tunable electronic transition and strong fluorescence emission [1]. Fluorescent metal nanoclusters are usually prepared by a biomineralization manner, in which biomolecules (e.g. small thiol-molecule, polymer, protein and nucleic acid) are used as templates to mediate the formation of NCs [2], [3], [4], [5], [6], [7] and [8]. Among them, due to excellent molecule recognition properties, cost-effectiveness, and high affinity for some metal ions, DNA has been recognized as a good template in synthesis of fluorescent metal nanoparticles [9], [10], [11] and [12]. For instance, since the first successful demonstration of DNA templated silver nanoclusters (AgNCs) by Dickson’s group in 2004 [13], DNA-AgNCs with different fluorescence emission have been widely studied and successfully applied for biosensing and bioimaging [14], [15], [16], [17], [18] and [19]. In 2010, Mokhir et al. have reported that the dsDNA could act as an efficient template for preparing fluorescent copper nanoparticles (CuNPs) at a low concentration of CuSO4[20]. Subsequently, our group has systematically investigated the effect of sequence type and sequence composition on the formation of fluorescent CuNPs. The results showed that single stranded poly-(thymine) DNA could also template CuNPs with excellent fluorescence, while dsDNA-templated CuNPs was poly(AT-TA)-dependence formation [21] and [22]. More importantly, the synthesis of DNA-CuNPs was highly efficient and could be completed within several minutes under ambient conditions, which facilitated the wide application of DNA-CuNPs in biochemical analysis [23], [24], [25], [26], [27], [28] and [29]. However, these NCs are not without their drawbacks. The main one is their heterogeneous populations within one sample. In addition, the stability of DNA-CuNPs and the synthetic efficiency of DNA-AgNCs are dissatisfactory, which restrict their practical application far from the laboratory.Meanwhile, gold nanoclusters (AuNCs), another example of fluorescent metal nanoclusters, have attracted great attention in the field of biochemical analysis due to its biocompatibility and photostability. It has been successfully applied to various systems studied in the academic labs and perhaps they are being developed into real products now. Unlike successful synthetic strategies and fluorescence tunability of AgNCs and CuNPs with different DNA templates, the use of DNA as a template for preparing fluorescent AuNCs has been reported in relatively few studies. Lately, DNA-AuNCs with red emission has been synthesized using dimethylamine borane (DMAB) as reducing agent [30], [31] and [32]. Blue emitting AuNCs templated by poly-(cytosine) DNA at low pH and poly-(adenine) DNA at neutral pH were also synthesized by Liu’s group [33]. However, all of these syntheses require a fairly long reaction time and complicated process, which might discourage its practical applications. Therefore, it is still a challenging problem to develop rapid and efficient strategies for synthesizing stable fluorescent DNA-AuNCs. Inspired by this challenge, herein we hope to develop a facile and fast strategy for synthesizing DNA-AuNCs and then apply them for practical application. In this strategy, different single stranded DNAs were firstly investigated for synthesizing DNA-AuNCs with (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) HEPES as reductant. The synthetic process was depicted in Scheme 1, the stock solutions of DNA were pre-incubated with reduction of HEPES in PBS buffer. Then, a certain amount HAuCl4 was added to initiate the synthesis of DNA-AuNCs. This reaction could be completed within 5 min under ambient conditions. After the effective template was identified, this high fluorescence-emissive DNA-AuNCs was employed as a label-free optical probe for Hg2+ ions detection based on Hg2+ induced fluorescence quenching. Compared with reported methods, this method is mild, fast, and without complex operations and design. Moreover, this nano-material is more suitable as a fluorescence probe for practical application due to its facile synthetic process.

Kết quả (Việt) 2:

1. Giới thiệu
nanoclusters kim loại đèn huỳnh quang (NCS) là nhỏ cụm nguyên tử (ví dụ, Au, Ag và Cu nanoclusters) mà bao gồm một vài đến một trăm nguyên tử. Vì kích thước của NCS tiếp cận các bước sóng Fermi của electron, họ cho thấy rời rạc, chuyển tiếp điện tử kích thước-du dương và phát xạ huỳnh quang mạnh [1]. Nanoclusters kim loại đèn huỳnh quang thường được chuẩn bị bởi một cách biomineralization, trong đó phân tử sinh học (ví dụ nhỏ thiol-phân tử polymer, protein và axit nucleic) được sử dụng làm mẫu để hòa giải sự hình thành của NCS [2], [3], [4], [5], [6], [7] và [8]. Trong số đó, do đặc tính tuyệt vời công nhận phân tử, chi phí-hiệu quả, và có ái lực cao đối với một số ion kim loại, DNA đã được công nhận như là một mẫu tốt trong tổng hợp của các hạt nano kim loại huỳnh quang [9], [10], [11] và [12 ]. Ví dụ, kể từ khi các cuộc biểu tình thành công đầu tiên của DNA templated nanoclusters bạc (AgNCs) bởi nhóm Dickson vào năm 2004 [13], DNA-AgNCs với phát xạ huỳnh quang khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi và áp dụng thành công cho cảm ứng sinh học và bioimaging [14], [15] , [16], [17], [18] và [19]. Trong năm 2010, Mokhir et al. đã báo cáo rằng dsDNA có thể hoạt động như một mẫu hiệu quả cho việc chuẩn bị các hạt nano đồng huỳnh quang (CuNPs) ở nồng độ thấp của CuSO 4 [20]. Sau đó, nhóm chúng tôi đã có hệ thống nghiên cứu tác động của các loại trình tự và thành phần tự trên sự hình thành của CuNPs huỳnh quang. Kết quả cho thấy bị mắc kẹt poly- (thymine) DNA đơn có thể cũng CuNPs mẫu với huỳnh quang tuyệt vời, trong khi CuNPs dsDNA-templated là poly (AT-TA) -dependence hình [21] và [22]. Quan trọng hơn, sự tổng hợp DNA-CuNPs là rất hiệu quả và có thể được hoàn tất trong vòng vài phút trong điều kiện môi trường xung quanh, trong đó tạo điều kiện cho các ứng dụng rộng rãi của DNA-CuNPs trong phân tích sinh hóa [23], [24], [25], [26] , [27], [28] và [29]. Tuy nhiên, các NCS không phải không có nhược điểm của họ. Các chính là một quần thể không đồng nhất của họ trong một mẫu. Ngoài ra, sự ổn định của DNA-CuNPs và hiệu quả tổng hợp của DNA-AgNCs là không còn thỏa mãn, hạn chế ứng dụng thực tế của họ xa khỏi phòng thí nghiệm.

Trong khi đó, nanoclusters vàng (AuNCs), một ví dụ khác của nanoclusters kim loại huỳnh quang, đã thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực phân tích sinh hóa do biocompatibility và photostability của nó. Nó đã được áp dụng thành công hệ thống khác nhau được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm học tập và có lẽ họ đang được phát triển thành sản phẩm thực tế hiện nay. Không giống như các chiến lược tổng hợp thành công và huỳnh quang tunability của AgNCs và CuNPs với các mẫu DNA khác nhau, việc sử dụng DNA làm mẫu để chuẩn bị AuNCs huỳnh quang đã được báo cáo trong một số ít nghiên cứu. Gần đây, DNA-AuNCs với khí thải màu đỏ đã được tổng hợp bằng cách sử dimetylamin borane (DMAB) như giảm tác nhân [30], [31] và [32]. AuNCs phát ra màu xanh templated bởi poly- (cytosine) DNA ở độ pH thấp và (adenine) ADN polymerase ở pH trung tính cũng đã được tổng hợp bởi nhóm của Liu [33]. Tuy nhiên, tất cả các tổng hợp đòi hỏi một thời gian phản ứng và quá trình phức tạp khá dài, mà có thể ngăn cản các ứng dụng thực tế của nó. Do đó, nó vẫn còn là một vấn đề thách thức để phát triển các chiến lược nhanh chóng và hiệu quả để tổng hợp ổn định huỳnh quang DNA-AuNCs. Lấy cảm hứng từ thách thức này, ở đây chúng tôi hy vọng để phát triển một chiến lược dễ dãi và nhanh chóng để tổng hợp DNA-AuNCs và sau đó áp dụng chúng cho các ứng dụng thực tế. Trong chiến lược này, khác nhau DNA bị mắc kẹt duy nhất được trước hết là điều tra để tổng hợp DNA-AuNCs với (4- (2-hydroxyethyl) axit -1-piperazineethanesulfonic) HEPES là chất khử. Quá trình tổng hợp đã được mô tả trong Đề án 1, các giải pháp chứng khoán của DNA được trước ủ với giảm HEPES trong PBS đệm. Sau đó, một số tiền nhất định HAuCl4 đã được thêm vào để bắt đầu quá trình tổng hợp DNA-AuNCs. Phản ứng này có thể được hoàn thành trong vòng 5 phút trong điều kiện môi trường xung quanh. Sau khi các mẫu có hiệu quả đã được xác định, đây huỳnh quang phát xạ cao DNA-AuNCs đã được sử dụng như một máy dò quang nhãn miễn phí cho Hg2 phát hiện các ion + dựa trên Hg2 + gây ra huỳnh quang dập tắt. So với các phương pháp báo cáo, phương pháp này là nhẹ, nhanh chóng, và không có hoạt động phức tạp và thiết kế. Hơn nữa, đây nano-vật liệu là phù hợp hơn như là một đầu dò huỳnh quang cho các ứng dụng thực tế do quá trình tổng hợp dễ dãi của mình.