碳、硅量子点的制备及其应用研究

发布时间：2017-10-30 02:04

  本文关键词：碳、硅量子点的制备及其应用研究

  更多相关文章： 碳量子点 硅量子点 柠檬酸 甘氨酸 荧光 N-羟基琥珀酰亚胺 NHS 活化 硫化镉 上转换荧光 牛血清白蛋白

【摘要】：碳量子点(CQDs)和硅量子点(SiQDs)具有与荧光染料相类似的光致发光性能,生物相容性好,毒性低,良好的抗光漂白性,还具有表面易化学修饰的特性,这些说明它们是较为理想的荧光材料,可以用于生物荧光标记。本论文的工作主要涉及:1)以葡萄糖为原料制备CQDs及上转换荧光性能的研究;2)以柠檬酸为原料制备CQDs,实现N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对CQDs的化学修饰CQDs,并将修饰的CQDs应用于对牛血清蛋白(BSA)的荧光标记;3)以柠檬酸和甘氨酸为原料,制备出高荧光量子产率CQDs,并实现对BSA的荧光标记;4)电解法制备SiQDs,并实现对其表面的化学修饰,最终完成对BSA的化学绑定。具体内容如下:1)以葡萄糖的水溶液为原料,采用水热法制备CQDs,反应温度为180oC,时间为60 min。通过红外光谱(IR)、紫外可见光谱(UV-vis)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)等手段,对已获得的CQDs进行了表征,CQDs尺寸在5 nm左右。并用荧光光谱研究其下转换和上转换荧光特性。获得的CQDs上转换荧光发射在517 nm(2.4 eV)左右,与CdS半导体的能带间隙刚好匹配。实验证明:可见光照射下CQDs-CdS体系对罗丹明B和亚甲基蓝水溶液均具有良好的催化降解作用,比单独的CdS体系降解速率快。而黑暗条件下的CQDs-CdS体系对罗丹明B和亚甲基蓝水溶液则几乎没有降解作用,证明了CQDs的上转换荧光特性。2)以柠檬酸作为原料,180oC下加热一定的时间,经分子间脱水形成CQDs,AFM和TEM检测显示所合成的CQDs尺寸在2~5 nm。其表面的羧基可以与NHS反应,以制备NHS活化的CQDs,并用萃取的方法成功实现产物与反应物的分离。IR和X-射线光电子能谱(XPS)说明了修饰过程化学结构的变化,还以荧光发射的变化间接证明了反应的进行。通过NHS修饰的CQDs与BSA反应,实现对BSA的荧光标记。凝胶电泳实验证明:CQDs表面的NHS酯具有很高的化学活性,可以对含有伯氨基生物分子进行化学修饰,实现生物分子的荧光标记。3)以柠檬酸和甘氨酸为原料,经高温热解得到CQDs,用四氢呋喃持续萃取8 h,得到高荧光碳量子点(HQY-CQDs)。它比萃取前的碳量子点具有更高的荧光量子产率和更好的光漂白性。通过IR、XPS、TEM对碳量子点的大小及其结构信息进行表征。经NHS化学修饰,也可用于对BSA的荧光标记。蛋白质凝胶电泳实验证明了碳量子点与BSA的共价结合。4)以硅片为阳极,以HF/H2O2为刻蚀液,采用电化学方法在硅片的表面制备出硅量子点(SiQDs/Si),经超声作用获得SiQDs的溶液。TEM图像和溶液的荧光光谱证明了SiQDs的生成。SiQDs/Si依次经丙烯酸、NHS化学修饰,在SiQDs的表面生成活泼的NHS酯,并最终实现对BSA的化学绑定。实验证明:修饰反应过程中SiQDs/Si的荧光特性并未受到明显的影响。IR和XPS说明化学修饰反应的完成。这种方法为SiQDs在生物分子标记领域中的应用提供了一条简易路线。
【关键词】：碳量子点 硅量子点 柠檬酸 甘氨酸 荧光 N-羟基琥珀酰亚胺 NHS 活化 硫化镉 上转换荧光 牛血清白蛋白
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-25
• 1.1 碳量子点简介12
• 1.2 碳量子点的发现12-13
• 1.3 碳量子点的发光原理13
• 1.4 杂原子掺杂提高荧光强度的荧光机理13
• 1.5 碳量子点的荧光淬灭13-14
• 1.6 碳量子点特性14-15
• 1.7 碳量子点的制备15-17
• 1.7.1 自上而下法15-16
• 1.7.2 自下而上法16-17
• 1.8 碳量子点的化学修饰17-18
• 1.9 荧光量子产率18
• 1.10 CdS的光催化性质18-19
• 1.11 碳量子点的应用19-20
• 1.11.1 生物荧光探针19
• 1.11.2 光催化氧化还原反应19-20
• 1.11.3 催化制氢20
• 1.11.4 检测金属离子20
• 1.12 硅量子点20-24
• 1.12.1 制备方法21-22
• 1.12.2 SiQDs的表面修饰22
• 1.12.3 生物应用22-24
• 1.13 本课题的研究内容及创新点24-25
• 第二章 以葡萄糖为原料制备的CQDs及上转换荧光现象25-33
• 2.1 试剂与仪器25-26
• 2.1.1 实验试剂25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 实验过程26-28
• 2.2.1 碳量子点（CQDs）的制备26
• 2.2.2 CdS粉末的制备26-27
• 2.2.3 碳量子点-硫化镉(CQDs-CdS)催化降解RhB和MB27
• 2.2.4 碳量子点-硫化镉(CQDs-CdS)催化降解MB27-28
• 2.2.5 材料表征28
• 2.3 结果讨论28-32
• 2.3.1 CQDs和CdS的形貌和大小28-29
• 2.3.2 CQDs红外光谱29-30
• 2.3.3 CQDs的荧光光谱30
• 2.3.4 CQDs-CdS降解RhB30-31
• 2.3.5 CQDs-CdS降解MB31-32
• 2.3.6 CQDs-CdS催化机理32
• 2.4 结论32-33
• 第三章 N-羟琥珀酰亚胺修饰CQDs及其应用33-41
• 3.1 试剂与仪器34
• 3.1.1 主要试剂34
• 3.1.2 主要仪器与设备34
• 3.2 实验过程34-36
• 3.2.1 CQDs的制备34-35
• 3.2.2 CQDs-NHS的制备35
• 3.2.3 细胞活性测定35
• 3.2.4 BSA的荧光标记35-36
• 3.2.5 表征手段36
• 3.3 结果和讨论36-40
• 3.3.1 CQDs的形貌及大小36
• 3.3.2 乙酸乙酯对NHS-CQDs的提纯萃取36-37
• 3.3.3 CQDs和CQDs-NHS的结构表征37-38
• 3.3.4 CQDs和CQDs-NHS的发射光谱38-39
• 3.3.5 CQDs-NHS的抗光漂白性和细胞毒性39
• 3.3.6 CQDs和CQDs-NHS的蛋白质凝胶电泳成像39-40
• 3.4 结论40-41
• 第四章 HQY-CQDs的制备及标记BSA的应用41-50
• 4.1 试剂与仪器42
• 4.1.1 实验试剂42
• 4.1.2 实验仪器42
• 4.2 实验过程42-44
• 4.2.1 HQY-CQDs的制备42-43
• 4.2.2 NHS来活化HQY-CQDs并标记BSA43
• 4.2.3 CQDs和HQY-CQDs的荧光量子产率43-44
• 4.2.4 蛋白质凝胶电泳实验44
• 4.3 结果与讨论44-49
• 4.3.1 HQY-CQDs的形貌和大小44-45
• 4.3.2 HQY-CQDs的红外表征与讨论45-46
• 4.3.3 HQY-CQDs的XPS表征46
• 4.3.4 HQY-CQDs的紫外和荧光分析46-47
• 4.3.5 HQY-CQDs的荧光量子产率47
• 4.3.6 N-羟基丁二酰亚胺（NHS）修饰HQY-CQDs47-48
• 4.3.7 HQY-CQDs-NHS标记BSA48-49
• 4.4 结论49-50
• 第五章 电化学刻蚀法制备SiQDs及其表面活化与应用50-58
• 5.1 试剂与仪器50-51
• 5.1.1 主要试剂50-51
• 5.1.2 主要仪器51
• 5.2 实验步骤与表征51-52
• 5.2.1 硅片表面荧光硅量子点的制备51
• 5.2.2 SiQDs/Si表面的化学修饰51-52
• 5.2.3 反应产物的表征52
• 5.3 实验结果与分析52-57
• 5.3.1 红色荧光SiQDs52-53
• 5.3.2 SiQDs的紫外和荧光谱图53-54
• 5.3.3 SiQDs /Si各阶段反应产物红外谱图54-55
• 5.3.4 NHS-AA-SiQDs/Si反应产物的XPS表征55
• 5.3.5 SiQDs各阶段表面修饰荧光谱图55-56
• 5.3.6 SiQDs-AA与空气中氧化的SiQDs的稳定性比较56
• 5.3.7 SiQDs-AA抗光漂白性的研究56-57
• 5.4 结论57-58
• 第六章 总结与展望58-59
• 参考文献59-68
• 攻读硕士学位期间已经发表的论文及专利68-69
• 致谢69

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