新型荧光碳点的制备及其在离子、小分子测定和细胞成像中的应用

发布时间：2020-09-28 22:13

　　 碳点(CD)是近十余年来发展起来的一类新型的荧光纳米材料。由于其具有粒径小、抗光漂白性好、荧光稳定性高、发射光谱可调、表面易功能化、毒性低及生物相容性好等优点,在催化、生物成像、药物传递、荧光检测、光电子器件等方面已得到了一定应用。然而,目前有关CD的研究仍然存在一些亟待解决的问题,如发光机理不明确、荧光光谱范围较窄等。许多CD发射的荧光主要集中在蓝色、绿色及黄色光区域,为了降低生物样品自身发射的荧光的干扰,发展合成红色荧光CD的新方法并开展其在生命分析化学中的应用具有重要的意义。基于此,在已有研究工作的基础上,本学位论文发展了简易、快速合成新型荧光CD的方法,并对其作为荧光探针在分析化学领域中的应用展开了深入研究。主要开展了以下创新性研究工作:(1)通过固相合成的方法制备了荧光量子产率高达36%的氮掺杂碳点(N-CD),并以其为荧光探针建立了快速、灵敏测定食品和化妆品中痕量Hg~(2+)的荧光新方法。此外,还研究了相应的检测机理。(2)基于CD和MnO_2纳米片构建了“switch-on”型的CD-MnO_2探针并据此建立了测定新鲜水果、新鲜蔬菜及商业化饮料中抗坏血酸(AA)含量的荧光新方法。此外,还考察了CD-MnO_2探针对AA的检测机理。(3)通过一锅法合成了在525 nm和603 nm处具有两个发射峰可直接用作检测ONOO~-的探针的红/绿光双发射的碳点(RGDE CD),建立了测定细胞中ONOO~-含量的比率荧光新方法。此外,还研究了相应的检测机理。(4)通过一锅法同时合成了红/黄光双发射的碳点(RYDE CD)和红/橙光双发射的碳点(RODE CD),并以RYDE CD为荧光探针建立了测定熏肉、香肠、咸菜和牛奶样品中痕量亚硝酸盐的比率荧光新方法,并将RYDE CD成功用于细胞成像。本论文共分为六章:第一章:本章对合成CD的原料、方法以及杂原子掺杂的影响进行了概述,对构建荧光探针的方法及检测机理进行了概括,对CD在荧光检测、生物成像、药物和基因运载、催化、光电子器件和防伪技术中的应用进行了综述。第二章:本章根据所测定Hg~(2+)的性质选择以柠檬酸和(NH_4)_3PO_4分别作为碳源和氮源通过固相合成法简单快速地制备了荧光量子产率高达36%、和Hg~(2+)之间具有强配位能力的氮掺杂碳点(N-CD)。基于N-CD表面的类吡咯N、N-H和Hg~(2+)之间的协同配位作用导致其荧光淬灭的现象建立了一种简单、快速地测定Hg~(2+)的荧光新方法并对检测机理进行了研究。在最佳条件下,方法的线性范围为0.006-0.9μM、0.9-12.0μM,检测限为2.3 nM。该方法已成功用于食品和化妆品等样品中Hg~(2+)含量的测定,回收率范围为90%-106%。基于N-CD低细胞毒性、良好的生物相容性,已将其成功用于细胞成像。此外,基于N-CD的良好水溶性,考察了其作为荧光墨水的可行性。第三章:本章通过内过滤效应(IFE)将CD和MnO_2纳米片相结合构建了CD-MnO_2探针,建立了测定食品中抗坏血酸含量的荧光新方法并深入研究了荧光淬灭及恢复机理。在最佳条件下,方法的线性范围为0.18-90μM,检测限为42 nM。该方法不仅成本低廉、环境友好、线性范围宽、灵敏度高、选择性好、响应速度快,而且还可以实现抗坏血酸的可视化检测。此外,该方法已成功用于测定新鲜水果、蔬菜及饮料中抗坏血酸的含量,实验的回收率范围为95%-105%。第四章:本章通过一锅法合成了红/绿光双发射的碳点(RGDE CD),其发射峰分别位于525 nm和603 nm。基于RGDE CD无需任何修饰即可作为ONOO~-荧光探针的性质,建立了成本低廉、响应速度快、灵敏度高、选择性好的测定ONOO~-的比率荧光新方法。在最佳条件下,方法的线性范围为0.03-60μM,检测限为11.6 nM。实验通过计算RGDE CD和ONOO~-的HOMO、LUMO能级深入研究了ONOO~-导致RGDE CD荧光淬灭的机理,得出了可能是由电子转移引起的结论。此外,还将此比率荧光探针成功用于测定细胞内的痕量ONOO~-。第五章:本章首次通过简便的一锅法同时合成了红/黄光双发射的碳点(RYDE CD)和红/橙光双发射的碳点(RODE CD)。基于RYDE CD无需修饰可直接作为亚硝酸盐荧光探针的性质,建立了测定熏肉、香肠、咸菜和牛奶等样品中痕量亚硝酸盐的比率荧光新方法,研究了相应的检测机理。在最佳条件下,方法的线性范围为0.1-100μM,检测限为31.61 nM。基于温度对RYDE CD荧光强度的影响,建立了检测温度的比率荧光新方法。此外,已将RYDE CD成功用于细胞成像。第六章:结论。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.3;TB383.1;O613.71
【部分图文】：

第一章 综 述一种有效的分析方法，由于其具有灵敏度高、背景化学传感、生物成像等领域具有广泛应用。近几十年中在半导体量子点和传统有机荧光染料的制备及功、制备过程较复杂、光稳定性较差，从而限制了其望替代半导体量子点和有机荧光染料的无毒或低毒化学、工程和生物医学等各个研究领域的研究焦点的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳中，其可或缺的，在纳米材料的发展进程中起着至关重要作为新型的功能纳米材料之一，日益成为人们关注

管、石墨烯、纳米金刚石、碳纳米洋葱、碳纳米角在内的碳n nanomaterials, including carbon nanotube, graphene, nanodinanoonions, and carbon nanohorns.[2]crivens 等在纯化单壁碳纳米管时首次发现并报道了Sun 等首次提出了 CD 的概念[12]。CD 是具有无定型寸不大于 10 nm 的纳米颗粒，一般由 sp2/sp3碳、含的特定官能团组成[13]。迄今为止，众多课题组对 入的研究，旨在更好地探究其复杂的光物理和光化的合成方法并进一步拓展其应用范围。CD 具有包括紫外可见吸收、荧光、上转换荧光、化

饰不同的官能团或表面钝化会使得其紫外可见吸收射下，CD 呈现出不同的颜色，包括蓝色、绿色、黄于 CD 的发光机理研究仍然存在一定的争议。科研工理解释[17]：（1）电子共轭结构（本征态发射）；（能团发射）；（3）单个的荧光分子或荧光团的存在。寸分布、表面化学以及不可控的制备条件等息息相两类，即荧光发射波长不依赖激发波长和荧光发射波过程并不可控，使得 CD 的粒径分布较宽及其表面现出荧光发射波长依赖于激发波长的行为（图 1.3）的尺寸分布和均一的表面状态，其会呈现出荧光发射为（图 1.4）[19]。CD 的另一个备受青睐的荧光属性光稳定性和强的抗光漂白能力，这对于长程成像是

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 袁倬斌,李向军,李s

本文编号：2829345