基于绿色植物功能化碳点的合成及其应用研究

发布时间：2020-04-13 17:13

【摘要】：荧光纳米材料作为同时具有纳米材料和发光材料双重优点的材料,具有很高的研究价值,主要包括半导体量子点,稀土元素纳米材料以及金属纳米簇,但是这些纳米材料生物毒性大,制备过程繁琐,花费高又不环保,严重限制了其应用领域。碳点由于低毒,经济,环保等优势受到了越来越多研究人员的关注。目前,用于合成碳点的碳源和方法有很多,其中天然材料由于廉价易得而成为研究热点,但是用绿色天然材料直接合成的碳点,一般量子产率比较低,表面的功能基团单一,因此出现灵敏度和选择性较差的现象。所以将绿色材料合成的碳点进行功能化,改善其荧光性能,成为我们的首要任务,目前功能化碳点的方法主要有氮原子掺杂和表面修饰。本论文以天然材料为碳源,与不同的钝化剂或共反应剂共同制备功能化碳点,并将得到的碳点应用到生物和检测领域,而后进一步将碳点和其他物质结合,构建比率型荧光探针,拓宽碳点的应用领域。主要工作如下:(1)用榆钱渣做碳源,乙二胺做共反应剂,通过水热合成反应制备氮原子掺杂的碳点。此氮原子掺杂的碳点粒径均匀,发光性能好,荧光性质稳定。实验结果表明,这种氮原子掺杂的碳点能对pH有规律的响应,有望用于生物pH传感。另外,用这种方法得到的碳点具有很低的生物毒性,并成功的用于HeLa细胞和绿豆芽成像,进一步说明具有极好的生物相容性,在生物领域具有重要的研究意义。(2)利用上述得到的氮原子掺杂碳点和钙黄绿素构建了一种比率型荧光探针,并探究了氮原子掺杂碳点和钙黄绿素之间的相互作用,发现随着钙黄绿素的加入,碳点的荧光发生了猝灭,而钙黄绿素的荧光反而增强,并且碳点的发射区域和钙黄绿素的吸收区域发生了很大的重叠,说明两者之间发生了能量共振转移,此外还探究了pH对比率型荧光探针的影响,发现pH为6时,比率型荧光探针的荧光光谱图最佳。基于此,我们在pH为6的Britton-Robison(BR)缓冲溶液中构建比率型荧光探针,并且将构建的比率型荧光探针同时用于铜离子和亚铁离子的检测,检测限分别为0.50和0.31μM。此比率型荧光探针构建方法简单,无需复杂的实验仪器和苛刻的实验条件。(3)通过简单的水热法将干燥的胡萝卜秧和聚乙二醇8000(PEG)合成PEG功能化的碳点(PEG-CDs),并和只用胡萝卜秧合成的普通碳点(CDs)进行了对比,发现PEG-CDs在荧光强度、量子产率、荧光寿命、粒径大小及分布等方面均得到明显改善,并且这种PEG-CDs具有良好的稳定和低细胞毒性,能够进入到动物和植物细胞内,从而作为荧光探针应用于细胞和豆芽成像。(4)用榆钱渣、乙二胺和巯基乙酸共同水热反应,得到具有较宽粒径分布,发射荧光强,化学性质稳定的碳点,该碳点对Bi ~(3+)具有特定的响应,在一定浓度范围内表现出良好的线性关系,能够用于金属离子的测定。
【图文】：

合成碳点的一些绿色碳源[32]

他们将酸氧化得到的碳点对乳腺癌细胞 MCF-7 进行染色，发现细胞被染成亮绿色(图1-2)，说明碳点已经成功的进入到细胞内部[131]。图 1-2 碳点培养的 MCF-7 细胞：(a)荧光成像图；(b)明场图；(c)荧光成像和明场叠加图；(d)截面分析[130]Zhang 等[132]通过电化学方法合成了一种量子产率为 14 %能够发射黄色荧光的碳点，并将碳点用于干细胞成像，从图 1-3 中可以清楚的看到，干细胞能够发出黄色的荧光，表明碳点具有良好的生物相容性，能够对细胞进行荧光标记，为它们在生物医药的应用提供了有力的证据。图1-3 (a) NSCs, (c) PPCs, (e) CPCs培养的干细胞在405 nm激发波长下的荧光成像和相应明场的照片(b, d, f)[132]
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.1

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本文编号：2626225