刺激响应性碳化聚合物点及其复合物的合成及应用

发布时间：2020-10-20 18:45

　　 碳点是指直径一般小于20 nm,其内部多数含有sp~2和sp~3杂化碳骨架,表面带有丰富的化学基团的荧光材料。碳点来源广泛,合成方法多样的特点也造成了其种类繁多的问题,本论文中主要讨论其中的碳化聚合物点。碳化聚合物点是碳点中主要的一类,兼具纳米粒子和聚合物特征的材料。主要由自下而上法制备,由反应物经脱水、交联、碳化制备而成。与传统荧光材料相比,具有荧光量子产率高,水溶性好,抗光漂白性好,造价低廉,环境友好,生物相容性好等明显优势。作为新兴的荧光材料已经被广泛的应用于生物成像,纳米医学,防伪,检测,催化,光伏器件等方面。然而,目前碳化聚合物点的应用研究仍处在起步阶段,为进一步满足实际应用需要,本文中,针对性的合成了具有刺激响应性的碳化聚合物点及其复合物并将其应用在生物成像和温度监测等领域。在第二章中,我们利用色氨酸和邻苯二胺合成了具有蓝色、红色双荧光发射的嗜酸性碳化聚合物点。通过改变其合成条件,可以得到红色或蓝色单色荧光的碳化聚合物点。合成的红色荧光碳化聚合物点的发射峰位在620 nm,荧光量子产率可达24.33%。合成的碳化聚合物点可以应用于LED光转化层的制备。除此之外,基于其嗜酸性和双重荧光发射的特点,该类型碳化聚合物点不仅可以作为荧光探针,并且还可以作为区分不同细菌的新型检测探针,用于区分牙龈卟啉单胞菌,变形链球菌,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。在第三章中,我们利用柠檬酸、邻苯二胺发展了一种新型的碳化聚合物点。合成的碳化聚合物点在中性水溶液中不带电,发生聚集荧光淬灭;而在酸性和碱性溶液中分散良好具有稳定荧光。这部分工作中,我们确认了有机荧光小分子对于荧光量子产率的贡献。且基于其荧光-pH依赖性,我们首次实现了非靶向性碳化聚合物点对溶酶体的选择性成像,同时也可以应用于监测细胞凋亡过程中细胞质的pH变化。与其它有机染料或碳化聚合物点不同,本章中的碳化聚合物点在活细胞内共聚焦成像时具有荧光增强效应,是细胞长时间监测的理想成像试剂。在第四章中,为了使碳化聚合物点可以针对指定刺激信号产生灵敏的响应信号,我们将非响应性碳化聚合物点与刺激响应性聚合物进行复合,赋予其对特定刺激产生响应的特点。我们将由柠檬酸和乙二胺合成的高荧光量子产率碳化聚合物点与具有热响应性的聚合物PNIPAM进行复合,得到了一种具有温度响应性的碳化聚合物点复合物。碳化聚合物点在高浓度条件下的荧光自淬灭效应和PNIPAM在相转变温度前后产生的体积差异变化,使复合物内部碳化聚合物点的浓度产生变化,发生荧光自淬灭效应,成功的将温度信号变成肉眼可见的荧光信号,制备的温敏性复合物具有出色的可逆性可重复使用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB33;O657.3
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 碳点的概述
    1.2 碳点的合成
        1.2.1 自上而下法
        1.2.2 自下而上法
        1.2.3 合成方法与碳化聚合物点
    1.3 碳化聚合物点的荧光机理
        1.3.1 碳核态荧光
        1.3.2 表面态荧光
        1.3.3 分子态荧光
        1.3.4 交联荧光增强
    1.4 影响碳化聚合物点合成的主要因素
        1.4.1 反应原料
        1.4.2 反应温度与反应时间
        1.4.3 反应体系的pH
    1.5 碳化聚合物点的应用
        1.5.1 生物成像
        1.5.2 肿瘤治疗
        1.5.3 离子、生物分子、pH、温度的检测
        1.5.4 LED制备
    1.6 本文的选题及设计思路
第二章 可控嗜酸性双发射荧光碳化聚合物点用于选择性细菌成像
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 实验步骤
        2.2.3 实验仪器
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 碳化聚合物点的制备与表征
        2.3.2 碳化聚合物点的荧光性质
        2.3.3 碳化聚合物点制备红色,黄色,蓝色LED器件
        2.3.4 红色/蓝色双发射碳化聚合物点用于不同细菌的鉴别
        2.3.5 红色/蓝色双发射碳化聚合物点的细胞成像及其毒性测试
    2.4 本章小结
第三章 嗜酸/碱性碳化聚合物点用于细胞内溶酶体的选择性成像和凋亡过程中细胞内pH实时监测
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 实验步骤
        3.2.3 实验仪器
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碳化聚合物点和荧光小分子的制备与表征
        3.3.2 碳化聚合物点的光学性质
        3.3.3 碳化聚合物点的细胞毒性及其对溶酶体的成像
        3.3.4 碳化聚合物点用于监测细胞凋亡过程中pH变化
        3.3.5 共聚焦荧光显微镜下碳化聚合物点的荧光增强现象
    3.4 本章小结
第四章 基于碳化聚合物点的热响应性荧光复合材料
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 实验步骤
        4.2.3 实验仪器
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 PNIPAM& 碳化聚合物点复合物的结构表征
        4.3.2 碳化聚合物点及PNIPAM& 碳化聚合物点复合物的荧光性质
        4.3.3 PNIPAM& 碳化聚合物点复合物的温敏性
        4.3.4 PNIPAM&碳化聚合物点复合物用于研究碳化聚合物点的荧光自淬灭效应
        4.3.5 复合物的抗紫外漂白能力及不同碳化聚合物点负载量的复合物对比
    4.4 本章小结
总结与展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间取得的科研成果
致谢

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本文编号：2849026