铜纳米簇的合成与应用研究

李　婷，李盼盼，肖　慧，杨　婵，黄思颖，何婧琳，曹　忠（长沙理工大学化学与生物工程学院，电力与交通材料保护湖南省重点实验室，微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心，湖南长沙410114）



铜纳米簇的合成与应用研究

李婷，李盼盼，肖慧，杨婵，黄思颖，何婧琳*，曹忠*
（长沙理工大学化学与生物工程学院，电力与交通材料保护湖南省重点实验室，微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心，湖南长沙410114）

摘要：贵金属纳米簇一般由几个到约一百个金属原子组成，具有超小粒径、生物相容性、低毒性以及独特的物理化学性质，近年来备受人们的关注，相比较于金纳米簇和银纳米簇，铜纳米簇的研究仍处于初始阶段。该文介绍了铜纳米簇的光学性质、合成方法和应用进展，重点总结了合成铜纳米簇的模板法、化学还原法、反相微乳液法、刻蚀法等，评述了铜纳米簇用于重金属离子、pH、小分子、生物分子等的荧光检测应用及其在生物标记、生物成像上的分析应用。

关键词：铜纳米簇；荧光传感；分析应用；评述

0　引言

近年来，贵金属纳米簇（nanoclusters，NCs）在纳米科学和纳米技术等诸多领域中逐渐成为一种应用广泛的纳米材料。贵金属纳米簇通常由几个到约百个原子组成，其大小介于单个原子和纳米晶体之间，核簇直径小于2 nm，当金属纳米颗粒粒径减小到接近电子的德布罗意波长时，纳米粒子的等离子体共振效应消失，能级谱带变得不连续，形成类分子的分裂能级［1］，电子可在各能级之间跃迁，发射出具有尺寸依赖性的荧光，它的荧光发射光谱可在近红外到可见光区内可调，具有优良的荧光特性。由于金属原子的自由电子被限制，电子的集体震荡被阻碍，具有区别于大颗粒金属纳米粒子和块状金属的特殊性质，如强光致发光性、良好的耐光性、生物相容性、超小尺寸等。这些独特的性质使得贵金属纳米簇成为构建荧光传感平台的理想纳米材料，在疾病诊断与检测、细胞成像、生物示踪、环境检测、生物传感等方面具有广阔的发展前景［2-3］。目前，已报道的贵金属纳米簇有AuNCs、AgNCs、CuNCs等［4-5］，相比于AuNCs和AgNCs，CuNC的报道较少。Cu的价格比Au和Ag便宜，具有与Au和Ag相似的性能，合成CuNCs的前体更容易从市场上购买到，CuNCs的研究已引起人们的广泛兴趣。

该文介绍了铜纳米簇的光学性质、合成方法和应用进展，总结了铜纳米簇的合成方法，主要有模板合成法、化学还原法、反相微乳液法、刻蚀法。铜纳米簇用于荧光检测重金属离子、pH、小分子、生物分子等方面的情况及其在生物标记、生物成像上的应用。

1　铜纳米簇的光学性质

1.1荧光性质

荧光，是铜纳米簇的重要性质之一。近年来，科研工作者一直致力于制备各种水溶性的铜纳米簇，其发射光可从红到蓝。铜纳米簇的发光一般归因于电子占据d能带与德布罗意波长以上能级之间的电子转移，如sp能带；或者是最高占据分子轨道HOMO与最低占据分子轨道LUMO能隙间的电子跃迁［6］。

1.2双光子吸收性质

双光子吸收（TPA）是指物质的一个分子同时吸收两个相同或不同频率的光子的过程，将分子从基态激发至高能态，目前只能在强激光作用下发生，是一种强激光下光与物质相互作用的现象。与单光子激发相比，双光子激发表现出诸多优势，它可以有效增加组织穿透深度，大大提高空间分辨率，最大限度地降低了背景荧光，尤其适合生物体内成像和光动力学治疗。Wang等［7］运用双官能化多肽作为稳定剂和还原剂，制备了以多肽为模板的Cu14纳米簇，在飞秒激光激发下，发射出蓝色双光子荧光，此荧光探针能够用来标记HeLa和A549细胞。

1.3聚集诱导发光

聚集诱导发光是指一类在溶液中不发光的分子在聚集状态下发光的现象，这种有趣的现象多见于某些有机分子，而罕见于荧光纳米簇。一般荧光分子在稀溶液中荧光强度较大，而在聚集状态或者固态时，荧光强度由于荧光分子间的相

互作用产生大量非辐射失活降低，而聚集诱导发光分子，因其特殊的分子结构，分子堆叠方式也因之不同［8］，在某种程度上减小了分子间的相互作用，也限制了分子在聚集态的内转动，较好的抑制了非辐射失活过程，最终导致聚集诱导发光分子在聚集状态下荧光强度远大于在稀溶液中的荧光强度。Li等［9］发现了S2-能聚集诱导发光以半胱氨酸为配体的铜纳米簇，Li等［10］发现了以D-青霉胺为配体的铜纳米簇也有聚集诱导发光现象。

2　铜纳米簇的合成

目前，金属纳米簇的制备方法大致分为二种［3］（如图1所示），其一是自下而上法，通常在溶液中进行，以量子点或金属离子为前驱体，通过调节反应条件获得不同性质和粒径的金属纳米簇，反应条件如可以选择不同类型的配体，不同种类的还原剂，适当的反应时间、反应温度和pH值，适当的配体与金属盐的摩尔比等。适宜的反应条件对金属纳米簇的合成至关重要，用于还原金属离子的常见还原剂有抗坏血酸钠、硼氢化钠、水合肼、四羟甲基氯化膦（THPC）等。用于支架金属纳米簇的常见配体有多肽、蛋白质、氨基酸、寡聚核苷酸DNA、聚合物、巯基化合物等。自下而上的合成方法一般可分为模板合成法、光致还原法、超声化学合成、固相合成、微乳技术、微波合成、电化学合成、辐射分解和Brust-Schiffrin法等。其二是自上而下法，即刻蚀法，主要基于配体与金属原子间强相互作用，利用配体诱导刻蚀，使得大颗粒纳米粒子破碎溶解，从而粒径变小，得到金属纳米簇。已被用于刻蚀剂的配体主要有巯基乙醇，谷胱氨酸、牛血清蛋白、巯基丁二酸（MSA）、PEI。自上而下刻蚀法，提供了一种可选择性分散粒径制备金属纳米簇的简便合成方法。

纳米颗粒的制备历史悠久［11］，铜纳米颗粒的常用制备方法有液相还原法、机械化学法、等离子体法、气相蒸发法等。经以上方法合成的铜纳米颗粒分散性差，在空气中容易被氧化，其比表面积大，化学活性高，很难制备极小的纳米颗粒，从一定程度限制了铜纳米颗粒的进一步应用发展。而铜纳米簇弥补了这些不足，不同于金纳米簇和银纳米簇，铜纳米簇的研究和应用近几年才逐渐引起科研工作者的关注，合成铜纳米簇的主要方法是模板合成法。一般情形下，铜离子在水溶液中还原，由于铜纳米簇容易聚集成团，得到的是铜纳米颗粒，因此需要加入配体保护铜纳米簇防止其团聚。包裹在铜纳米簇表面的配体对其荧光性质起着重要的作用，而铜纳米簇的荧光性质直接影响应用，配体与铜纳米簇应有很强的相互作用，可采用光照，微波，强还原剂等延长其老化时间、提高其量子产率等。配体可潜在改变纳米簇的电子结构，影响其几何尺寸，因此，选择合适的配体类型对合成高荧光产率的铜纳米簇尤为重要。目前用于稳定铜纳米簇的常见配体主要有：多肽和蛋白质、寡核苷酸DNA、聚合物、巯基化合物等。该文将详细介绍铜纳米簇的合成方法。

图1　贵金属纳米簇的制备方法［3］Fig.1　Various routes for synthesis of noble metal nanoclusters［3］

2.1自下而上法

2.1.1模板合成法

模板合成法被认为是制备金属纳米簇的高效合成方法。模板分子可提供特定的空间构型，对形成的金属纳米簇其尺寸和形态均有可调性。模板分子主要有DNA、多肽、蛋白质、氨基酸、硫醇类化合物、树枝状聚合物等。

2.1.1.1寡聚核苷酸（DNA）

金属阳离子与DNA分子中碱基之间存在一定的相互作用，Rotaru等［12］成功合成了双链DNA铜纳米簇，并发现可以通过改变双链DNA的碱基数目来控制荧光CuNCs的尺寸大小，铜离子对双链DNA有很高的选择性，可以用于对双链DNA的检测。随后，Jia等［13］以DNA为模板合成铜纳米簇实现了对单碱基错配的检测。 Hu［14］和Dong［15］等分别利用双链DNA铜簇构建了一种检测核酸酶和三磷酸腺苷 （ATP）的方法。之后，Qing等［16］发现富含胸腺嘧啶的单链DNA中的胸腺嘧啶与二价铜离子有强相互作用，在抗坏血酸还原剂作用下形成Cu0聚集在聚T单链DNA上，成功合成发红色荧光的铜纳米簇，整个合成过程只需5 min。

2.1.1.2多肽和蛋白质

生物大分子如多肽、蛋白质等，其中的氨基酸能提供许多与铜的结合位点，从而提高铜纳米簇的稳定性。Shen等［17］报道了一种在超分子凝胶溶液中合成铜纳米簇的新方法，实验以胆酸衍生物（BAs）为预凝胶器，BAs表面有独特的双亲类固醇分子结构，容易形成Cu2+-超分子凝胶复合体系，加入有巯基基团的半胱氨酸，缓慢溶解在水凝胶中，形成半胱氨酸为模板的铜纳米簇。Huang等［18］制备了一种以多肽CLEDNN为模板，合成的铜纳米簇量子产率为7.3%，荧光强度随温度变化。Zhao等［19］用转铁蛋白（Trf）为模板，抗坏血酸为还原剂在室温下一步合成了转铁蛋白-铜纳米簇 （如图2所示），其发射峰位置在670 nm（量子产率约为6.2%），Trf-CuNCs表现出良好的生物相容性和低毒性，可作为目标探针用于癌细胞（Hela）的生物成像。Li等［10］利用D-青霉胺（DPA）将Cu2+还原成Cu0，形成DPA-CuNCs，引入牛血清蛋白 （BSA），BSA与DPA有强静电作用，形成BSA/DPA-CuNCs，荧光强度显著增强，其荧光强度是DPA-CuNCs荧光强度的二倍。2.1.1.3硫醇类化合物、聚合物、酶类等

图2　Trf-CuNCs的合成及用于癌细胞成像示意图［19］Fig.2　Schematic illustration of the formation process of the transferrin-copper nanoclusters as a fluorescent probe for cancer cell.bioimaging［19］

硫醇类化合物中的巯基与Cu之间能形成Cu-S共价键，聚合物在水溶液中能与铜离子螯合。Wang等［20］发现利用谷胱甘肽（GSH）表面处理聚乙烯吡咯烷酮-铜纳米簇 （PVP-CuNCs）能使PVP-CuNCs荧光大大增强，其荧光量子产率由8%显著升高到27%。通过观察L-半胱氨酸、半胱胺、巯基乙醇、巯基丙酸等配体表面处理PVPCuNCs，研究后发现PVP-CuNCs荧光增强是由于CuNCs与这些配体中富含电子的官能团有强的作用力，经过GSH处理过的PVP-CuNCs能以粉末状保存，它与绿色和红色荧光粉组合后，可制造高显色指数的低频白光发光二极管。Cao等［21］建立了一种以单宁酸为模板一步合成水溶性荧光铜纳米簇的方法。形成的铜纳米簇非常稳定，量子产率达到14%，并能用于快速，高灵敏检测血清中的Fe3+。Ghosh等［22］用溶菌酶为模板，一步合成了高量子产率、稳定性好、低毒的铜纳米簇（如图3所示）。采用质谱分析表明铜纳米簇种类从Cu2-Cu9，经过透射电镜表征发现铜纳米簇平均直径为2.3 nm，该纳米簇在pH=4到pH=10的环境下稳定。2.1.2化学还原法

图3　溶酶菌包裹的铜纳米簇合成示意图［22］Fig.3　Reaction scheme for the synthesis of Cu NCs in the presence of lysozyme［22］

化学还原法，一般是向铜盐中加入还原剂，使得铜离子还原成铜原子，再将铜原子聚集成铜纳米簇。Wei团队［23］用简单的一锅法合成铜纳米簇，Cun（n＜8）。将硝酸铜和四丁基溴化铵溶解于乙醇，在80℃下搅拌30 min后，冰水浴冷却，依次加入2-巯基-5-n-正丙基嘧啶 （MPP）和硼氢化钠，所得产物离心提纯后，用电喷雾质谱表征，铜原子个数小于八个，发射峰位置在425 nm和593 nm，且对氧气还原过程有很好的电催化性能。Ujados等［24］用由硫辛酸和聚乙二醇短链构成的双齿配体，以硼氢化钠为还原剂，在回流装置中，一步合成了非极性的稳定性极好的铜纳米簇。Zheng等［25］没有用任何的稳定剂，直接合成铜纳米簇，利用亚硝酸根离子能在CuNCs核上把Cu0氧化成Cu（Ⅰ），有效淬灭铜纳米簇而检测亚硝酸根离子，其检测范围为0.0125～5000 μmol/L，检测下限为3.6 nmol/L。Bashir等［26］首次报道了一种不用惰性气体保护的绿色化学合成以淀粉封端的棕红色铜溶胶，采用TEM表征发现铜纳米簇包裹在淀粉多糖螺旋腔内，且小尺寸I2或者I3-不能取代淀粉螺旋腔内的铜纳米簇。

2.1.3反相微乳液法

反相微乳液为油包水微乳液，主要由表面活性剂、助表面活性剂、油相、水相组成的各向同性的热稳定体系。Vazquez等［27］用油包水微乳技术合成了不同尺寸的铜纳米簇（如图4所示），该微乳系统是由环己烷/十二烷基硫酸钠/异戊醇/五水硫酸铜水溶液组成，其中十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，异戊醇为助表面活性剂，环己烷为油相，五水硫酸铜为水相，随着还原剂硼氢化钠的量的不同，微乳溶液颜色首先由蓝变黄，然后由淡棕变为暗棕，最后变成深黑色，当还原剂的用量小于10%的化学计量数时，能够得到发荧光的铜纳米簇，（Cun，n＜13）。该方法可通过控制原料比例来控制铜簇粒径。

图4　不同的还原剂比例a对应的铜纳米簇尺寸大小图［27］Fig.4　Schematic picture of the evolution of the copper cluster size with increasing a value［27］

2.1.4其它方法

铜纳米簇的合成除了以上介绍的方法外，根据反应条件不同，还有光还原法、超声化学合成法、微波合成法等。Gui等［28］利用多齿聚体聚丙烯酸-巯基乙胺（PAA-g-MEA）作为稳定剂，用功率为8 W的紫外灯照射后形成发红光的铜纳米簇（如图5所示），因焦赖氨酸二硫代氨基甲酸铵（APDC）与铜离子有强作用力，通过化学刻蚀后荧光猝灭，加入过量铜离子，荧光恢复，可用于检测APDC。

Bhamore等［29］用鸡蛋白为配体微波合成的铜纳米簇，呈现很强的黄色荧光，且发射峰位置在600 nm，且惊奇地发现，在适当条件下不同比例的杀菌剂福美双和除草剂百草枯均能使铜纳米簇线性猝灭，其检测下限分别为70 nmol/L和49 nmol/L，同时，该荧光探针可以用于细菌细胞的多颜色生物成像。Vilar-Vidal等［30］以四丁胺硝酸盐为模板利用简单的电化学方法合成了荧光CuNCs（n＜14），铜离子由阳极电解获得并在阴极还原形成CuNCs，这种方法合成的CuNCs保存几年都很稳定。Wang等［31］用谷胱甘肽作为稳定剂和还原剂，加入铜离子，在pH=6条件下，超声15 min即可快速得到发红色荧光的顺磁性铜纳米簇。2.2“自上而下”刻蚀法

图5　光致还原合成多齿聚体-铜纳米簇的荧光开关响应图［28］Fig.5　Schematic representation of the photoreduction synthesis of multidentate polymers stabilized CuNCs and fuorescence“OFF–ON”response［28］

Wang等［32］利用过量的谷胱甘肽刻蚀铜纳米晶体，得到了CuNCs，该刻蚀方法的途径可能有以下二种：第一种途径是表面刻蚀，铜原子从铜纳米晶体的表面脱离，与过量的GSH形成Cu（Ⅰ）-GSH复合物，Cu（Ⅰ）-GSH通过Cu+-Cu+相互作用形成Cu2纳米簇。第二种途径是尺寸减少刻蚀，GSH分子从铜纳米晶体表面夺取铜原子，使得铜纳米晶体粒径逐渐减少，最后形成Cu2纳米簇。Zhong等［33］用碘离子诱导氧化刻蚀以聚乙烯亚胺 （PEI）为保护支架的铜纳米簇，I-在PEICuNCs表面与Cu2+形成CuI化合物，导致CuNCs聚集增大荧光猝灭，制备了肉眼可见碘离子荧光传感器，并应用于尿液中碘离子的检测，检出限为100 nmol/L。Yuan等［34］用静电诱导相转换刻蚀金、银、铂、铜纳米簇。

3　铜纳米簇的应用

铜纳米簇由于其独特的物理化学性质，因其具有超小尺寸、生物相容、低毒性和荧光性质等特点，被广泛的应用于金属离子、pH、小分子物质、蛋白质、核酸等检测和生物标记成像。

3.1金属离子的检测

铜纳米簇作为新的荧光探针已经成功应用于对 Pb2+、Hg2+、Cu2+、Cr（Ⅵ）、Fe3+等重金属离子的检测，检测机理一般是重金属离子诱导铜纳米簇荧共振能量转移，使得传感体系荧光增强或降低。Qing等［35］发现聚T的单链DNA能作为合成铜簇的模板后，应用其形成的铜簇在紫外灯下发红色荧光的性质，构建了一种便捷、经济、可视化的检测铜离子的新方法。将聚T单链DNA封锁在带状水凝胶中，从水凝胶微孔注入铜离子后，在紫外灯下用相机记录或者裸眼可视其红色荧光团簇，此方法中核酸探针无需化学标记或修饰、检测快速只需几分钟、设备简单可以手提、且检测在凝胶内，有良好的抗干扰性，但该体系的检测限为20 μmol/L。该团队Ou等［36］利用Pb2+易与Cu+发生嗜金属作用，破坏聚T铜纳米簇结构使得该传感体系荧光强度减弱，构建了一种基于铅离子猝灭铜纳米簇荧光灵敏检测铅离子的方法，其检测限为0.4 nmol/L。最近，Liao等［37］报道一种用牛血清蛋白和双氧水合成的CuNCs检测汞离子的新方法，其中H2O2能部分氧化牛血清蛋白上的二硫键，加入Hg2+后，由于Hg-S共价键比Cu-S共价键更容易形成，使得铜纳米簇荧光显著猝灭，该方法能快速、可靠、超灵敏检测汞离子，检测限为4.7 pmol/L。此外，Gui等［38］报道了以半胱氨酸为模板的铜纳米簇检测Cr（Ⅵ）。

3.2pH的检测

铜纳米簇pH传感器一般是基于铜纳米簇本身对pH有信号响应，Liao等［39］仍然利用牛血清蛋白包裹的铜纳米簇，加入双氧水部分毁坏多肽和牛血清蛋白上的二硫键，使得亲水基团裸露出来，当pH很低时，铜纳米簇不断聚集尺径增大荧光猝灭，随着溶液中pH的增加，溶液由蓝色变成红色，相应的荧光信号逐渐增强，研究发现，在pH2～pH14范围内，荧光强度与pH值呈良好的线性关系。Zhou等［40］首次发现在碱性条件下合成的发蓝色荧光的半胱氨酸-铜纳米簇对pH有灵敏的响应。同样，Qiao等［41］提出了一种基于鸡蛋白-铜纳米簇pH传感方法，在pH6.14～pH12.08时，有良好的线性响应关系。

3.3小分子物质的检测

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，对身体有害。Zhu等［42］开发了一种以聚T铜纳米簇为荧光探针的三聚氰胺传感器，检测范围0.1～6 μmol/L，检出限为95 nmol/L，美国食品药物管理局规定的三聚氰胺的安全限值为20 μmol/L，其检出限比规定限值低200倍。该方法主要原理是三聚氰胺与胸腺嘧啶间有氢键作用，使得ssDNA变成dsDNA，DNA构象转变后体系荧光大大增强，荧光信号与三聚氰胺的浓度对数成良好的响应关系，该方法已应用于牛奶中三聚氰胺的检测。Mao等［43］同样以聚T单链DNA为模板的铜纳米簇荧光探针，基于芬顿反应检测双氧水分子。Zhao等［44］一步合成了以组氨酸为模板的高荧光铜纳米簇，当加入三磷酸鸟苷（GTP）后，发现体系荧光信号逐渐降低，而其他的三磷酸核甘（ATP、CTP、UTP）和无机阴离子如P2O74-、PO43-、CH3COO-等无此现象，可能是由于鸟嘌呤有相对较强的还原能力使得铜纳米簇荧光猝灭。

3.4核酸及酶的检测

随着Rotaru等［12］成功合成以DNA为模板的铜纳米簇，铜纳米簇应用于核酸和酶类的检测方法才逐渐出现。Xu等［45］运用滚坏扩增信号放大技术超灵敏检测核糖核酸RNA let-7d，let-7d经滚坏扩增技术和链杂交形成了多联体双链DNA，加入铜离子和还原剂抗坏血酸纳后，形成的铜纳米簇的荧光强度是未扩增前的10000倍，该体系在RNA let-7d浓度为10～400 pmol/L时有很好的线性响应信号，检出限为10 pmol/L，此方法适合各种可直接或间接进行滚坏扩增的分析物的检测。Hu等［46］同样利用DNA铜纳米簇附着在磁珠上检测DNA，如图6所示，将cDNA的3端连接到已被链霉亲和素修饰的磁珠上，tDNA和cDNA杂交使得tDNA的3端裸露，激发了末端脱氧核酸转移酶（TdT）聚合酶反应，使得荧光信号不断放大，该方法对tDNA的检出限为98.2 pmol/L。

图6　DNA传感体系原理图［46］Fig.6　Schematic diagram of DNA sensing strategy（cDNA:capture DNA）［46］

Wang等［47］根据先前报道的方法，制备了双链DNA为模板的铜纳米簇，研究发现，鱼精蛋白能显著提高dsDNA-CuNCs的荧光强度，在鱼精蛋白/dsDNA-CuNCs体系中加入胰蛋白酶，水解鱼精蛋白使得该传感体系荧光逐渐降低，胰蛋白酶的检出限为0.048 ng/mL。Wang等［48］发现在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）辅酶作用下能使以发夹DNA为模板的铜纳米簇荧光增强，基于此来检测NAD+。

3.5生物标记和成像

有效、成功的治疗癌症的关键是早期准确的诊断，铜纳米簇毒性低，有一定的化学惰性，避免了反应环境的影响，减小了对生物组织和活细胞的损害，若铜纳米簇外壳选用合适，其整体尺寸可小于肾阈值，很容易排出体外，这些特点都促长了铜纳米簇在生物标记成像领域的应用。如Gao等［49］报道了超小铜纳米簇用于正电子发射型断层显影成像（PET）诊断原位肺癌，如图7所示。之前，一般把放射性元素64Cu成像剂通过大环螯合引入生命物质材料中进行PET成像诊断，但由于64Cu易从原螯合物质上脱离或者转移影响PET成像结果。Gao等合成了一种用牛血清蛋白（BSA）作支架的放射性铜纳米簇，提前将癌目标多肽促黄体激素释放激素（LHRH）连接到BSA分子上，形成的［64Cu］CuNC@BSA-LHRH有高的放射性标记稳定性、超小尺寸、能快速扩散至目标肿瘤处，也能很快排出体外，研究表明CuNC@BSA是一种很好的PET成像追踪器。Das等［50］用谷胱甘肽作为还原剂和保护剂一步合成了铜纳米簇并应用于细胞成像，研究表明，CuNCs首先集中在癌细胞核膜上，由于CuNCs的低毒性，能在细胞内良好的生存。

图7　放射性铜纳米簇应用于PET成像示意图［49］Fig.7　The schematic diagram［64Cu］Cu nanoclusters as tracers for PET imaging［49］

4　结论与展望

铜纳米簇由于其独特的物理化学性质，具有超小尺寸、生物相容、低毒性和荧光性质等特点，成为了一种很有发展潜力的新型荧光探针。该文介绍了铜纳米簇的性质、着重介绍了铜纳米簇的合成方法及在重金属离子、pH、小分子物质、蛋白质、核酸等检测和生物标记和成像方面的应用，铜纳米簇表面配体的多样性，为目标物的检测提供了丰富的位点，使得铜纳米簇的应用前景非常广阔。再者，在原有的铜纳米簇上组装上新的物质呈现新的性能成为铜纳米簇以后的发展趋势。例如Gao等［49］将癌目标多肽促黄体激素释放激素组装在BSA-CuNCs上，用于原位肺癌的医疗诊断。铜纳米簇的研究及应用到目前为止虽有一定进展，但在以下方面仍需要科研工作者的努力，如铜纳米簇的荧光量子产率低，光稳定性弱，容易受环境干扰，且铜纳米簇在超微尺寸下易氧化，如何绿色、简便合成高质量的铜纳米簇仍是一个挑战；铜纳米簇的研究目前集中在其荧光性质上，其它性质上的应用较少，如催化性质；某些目标物能够猝灭或者增强铜纳米簇的荧光信号，其检测目标物的机理需要进一步深入钻研；应加强铜纳米簇与其他学科的交融研究，拓展其应用范围。综上，合成高质量铜纳米簇的新方法未来将层出不穷，检测目标物的种类将更加多样，随着铜纳米簇合成技术和基础理论研究的不断发展，将极大地推动纳米簇荧光传感器的长足进步。

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*通信联系人，E-mail:jinglin_he@163.com，zhongcao2004@163.com（Z.Cao）

基金项目：国家自然科学基金（21545010，31527803）、中国科学院环境监测STS项目（KFJ-SW-STS-173）、湖南省科技计划项目（2015GK1046）资助

Recent research in synthesis and application of copper nanoclusters

Li Ting，Li Pan-pan，Xiao Hui，Yang Chan，Huang Si-ying，He Jing-lin*，Cao Zhong*
（Collaborative Innovation Center of Micro/nano Bio-sensing and Food Safety Inspection，Hunan Provincial Key Laboratory of Materials Protection for Electric Power and Transportation，School of Chemistry and Biological Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China）

Abstract:Nobel metal nanoclusters（NCs）are composed of several to about one hundred atoms and have received considerable research interest due to their ultra small particle size，good biocompatibility，low toxicity，and unique physical and chemical properties.However，in comparison to the AuNCs and AgNCs，the research of copper nanoclusters is still at the initial stage.In this review，we introduce the optical properties，synthesis methods and analytical applications of copper nanoclusters，especially emphasis on summing up the CuNCs synthesis method like template synthesis method，chemical reduction method，inverse microemulsion method，etching method，etc.And the analytical applications for fluorescent detection of heavy metal ions，pH，small molecules and biological molecules as well as the applications in biological labeling and bioimaging have been reviewed.

Key words:copper nanoclusters；fluorescent sensor；analytical application；review