新型荧光碳点的合成及其在检测中的应用

发布时间：2020-05-31 00:58

【摘要】：荧光碳点作为碳纳米家族的成员,是一种小于10nm的新兴碳材料。其主要应用于分析检测与生物成像领域。碳量子点因其具有水溶性好、耐光漂白、化学性质稳定、光学性质稳定、生物相容性好、优异的光学性质、低细胞毒性、原料来源价格低廉且广泛、合成方法各异且简单易行等而优于其他传统的纳米粒子。因此,其制备和应用研究已引起广泛关注,已成为发光纳米材料领域的研究热点之一。尽管碳点在制备方法和相关应用中已被广泛报道,但最重要的缺点是荧光量子产率较低。所以找到更好的制备碳点和修饰碳点的方法至关重要。本文首先合成表面裸露的荧光碳纳米粒子,再用己二胺进行修饰,最后用氨基酸进行包被。然后利用荧光光谱等几种方法对所制备的两种碳点与金属离子的检测做出研究,分析荧光猝灭或恢复机理,探究了金属离子对所制备的碳点荧光效果的影响。对本文的主要研究工作做出了以下概括:1.本文以柠檬酸做为制备碳点时所用的碳源,以水热/溶剂热合成法在聚乙二醇水溶液中合成表面裸露的荧光碳纳米粒子,同时用己二胺对所制备的表面裸露的荧光碳点进行修饰,最后在已经修饰过的碳点上再包被赖氨酸/谷胱甘肽,制备得到荧光碳点。通过改变反应物的添加量、温度和时间来确定最优合成条件,使碳点的荧光效果最强。利用TEM、XRD、XPS、红外光谱和荧光光谱等对碳点进行形貌和光谱表征。2.以柠檬酸为碳源,通过溶剂热法获得了水溶性碳点,随后将得到的碳点进行修饰和包被,最后得到荧光强度好的荧光碳点。利用荧光光谱探究Cr~(6+)离子对所制备的碳点的影响,发现该碳点通过电荷转移导致荧光猝灭且呈现良好的线性关系,利用胶质瘤(U87 MG)细胞对所制备的碳点进行毒性测试,结果显示细胞的存活率均高于80%。结果表明,所制备用于检测Cr~(6+)离子的荧光碳点可用于生产生活中。3.利用荧光光谱测得Hg~(2+)离子对包被谷胱甘肽的碳点产生良好的猝灭效果,随后加入青霉胺后,由于其中含有的巯基与Hg~(2+)有更强的亲和性,迫使Hg~(2+)离开碳点表面,使其荧光恢复,且恢复的荧光谱图呈现良好的线性关系,利用胶质瘤(U87 MG)细胞对所制备的碳点进行毒性测试,结果显示细胞的存活率均高于80%。结果表明,所制备的荧光碳点可用于检测青霉胺的含量,并能达到去除溶液中Hg~(2+)离子的作用,这两种碳点性能优异,有良好的水溶性和生物相容性、耐光漂白、光学性质好、化学性质稳定、光学性质稳定、低细胞毒性等特点,可望作为一种新型材料用于物质检测、生物标记、化学发光和生物成像等领域。
【图文】：

荧光,赖氨酸,己二胺,添加量

恒定为 30mL 时，逐渐增多己二胺的含量，在有限的单位空间内的荧光碳点数随之亦呈现上升趋势。但实验另一变量柠檬酸在增加到一定量时，反应釜内的反应空间减少致使水热反应无法达到最佳，会影响荧光强度，并使其下降。（2）赖氨酸添加量的影响选取 540mg 柠檬酸溶于溶于 25mL 聚乙二醇和去离子水(1：1)的溶液中，利用溶剂热合成法 180℃加热 3h，冷却至室温。然后加入分别加入 840mg 的己二胺，在 140℃进行水热反应 13h，冷却至室温。最后称取 29.2mg，43.8mg，58.4mg，73mg，87.6mg 赖氨酸分别溶于反应液中，然后将其加入容量为 30mL的反应釜中，，使其在 160℃的条件下置于电热恒温鼓风干燥箱中加热 14h 来制备荧光碳点。由图 2-1(b)可知，赖氨酸添加量从 29.2mg 直到其增加为 58.4mg时，其荧光强度随着赖氨酸的添加量不断升高。但当增加量超过 58.4mg 时，其荧光强度又会逐渐降低。这可能是因为反应釜的容量为恒定的 30 m L，随着赖氨酸的增多，一定容量的空间内所生成的荧光碳量子点数量随之亦呈现上升趋势，但是赖氨酸的量超过一定数值时，会导致其反应空间不足，致使碳量子点反应不充分无法达到最佳，碳量子点的荧光强度被迫下降。

水热,荧光,己二胺,赖氨酸

图 2-2 己二胺（a）和赖氨酸（b）在不同水热温度下对荧光碳点溶液的荧光影响3.水热时间的影响（1）己二胺水热时间的影响选取 540mg 柠檬酸溶于溶于 25mL 聚乙二醇和去离子水(1：1)的溶液中，利用水热/溶剂热合成法 180℃加热 3h，冷却至室温。然后向溶液中加入 840mg己二胺，120℃进行反应（上述优化条件），分别在水热反应釜中反应 11~14h。如图 2-3(a)荧光碳量子点溶液的荧光谱图，在一定范围内，荧光强度与与实验反应时间呈现正相关，荧光强度随时间的增加而增强；在时间到达 13h 时候，纵坐标荧光强度达到最大值。反应时间超过 13h 后，荧光强度与与实验反应时间呈现负相关。实验猜测，因过长的反应时间导致柠檬酸碳化变为碳球，导致碳点数降低，荧光强度削弱，同理于水热温度实验的原理。（2）赖氨酸水热时间的影响选取 540mg 柠檬酸溶于溶于 25mL 聚乙二醇和去离子水(1：1)的溶液中，利用水热/溶剂热合成法 180℃加热 3h，冷却至室温。然后向溶液中加入 840mg
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.1

【参考文献】