氮掺杂荧光碳点的合成及其在细胞成像和药物分析中的应用研究

发布时间：2017-12-13 10:17

  本文关键词：氮掺杂荧光碳点的合成及其在细胞成像和药物分析中的应用研究

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【摘要】：碳点(Carbon dots,CDs)作为一种新型的荧光碳纳米材料以其优异的光电性质、良好的生物相容性等优点受到了人们的广泛关注,在细胞成像及药物分析等领域具有较好的应用潜力。然而碳点在制备和应用方面仍然存在一些主要问题,比如碳点的发射波长多在蓝光区,且量子产率不高,这与生物体自身背景荧光十分相近且不利于在细胞中的成像。因此,研究者在提高碳点的量子产率以及拓宽其应用方面面临着巨大的挑战。对此,本文从材料的筛选和碳点的制备出发,通过成功合成具有不同特性的氮掺杂碳点,考察了其在细胞成像中的应用,并进一步构建了一种药物分析方法。论文的主要内容概括为如下两个部分:(1)以甲硫氨酸为原料一步水热法合成氮掺杂的碳点用于细胞成像。本文选取甲硫氨酸为原材料,通过一步水热法合成具有氮掺杂特性以及优异的光学性质的碳点。通过透射电子显微镜(TEM)表征显示,该碳点为球形或类球形状,平均粒径约为5 nm;X射线电子光谱和傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱等表征结果得到该碳点主要含有C、O、N和S四种元素,带有羟基、羧基、氨基等官能团,使得此碳点具有极好的水溶性。该碳点具有良好的光致发光性能,最大激发波长与发射波长分别位于330 nm和405 nm处。除此之外,它还具有抗光漂白性和良好的光稳定性,使得在酸碱、高盐浓度等条件下,其荧光强度几乎不发生改变。该碳点以其低的细胞毒性以及良好的生物相容性,可以进入细胞并充分地点亮整个细胞,具有用作生物成像试剂的潜能。(2)以蚕丝为原料合成氮掺杂的高量子产率碳点及其应用研究本文采用含氮量(18%)较高的天然蚕丝为原料,通过水热法,一步合成了具有蓝色荧光且量子产率高达61.1%的氮掺杂碳点。高倍透射电镜和原子力显微镜表征结果显示,该碳点粒径分布均匀,平均粒径为5.6 nm,形貌为球形或类球形。通过傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射光谱等表征,证明该碳点含有C、N、O等元素,表面含有羟基、羧基、氨基等官能团。在高盐浓度以及绝大多数有机试剂仍可保持光化学稳定性。基于碳点表面的羟基与Fe~(3+)间的相互作用可导致碳点荧光猝灭,从而建立了一种检测Fe~(3+)的方法。其次,还将碳点纺入电纺丝纤维膜,使碳点的应用范围得到了拓展,我们期望后续研究中可以将其用作固相传感。最后,我们还将碳点与二氧化锰纳米片构成探针,通过发生能量转移实现对谷胱甘肽的检测。通过以上两部分的研究发现,以甲硫氨酸为原料合成出的碳点具有氮掺杂的特性,该碳点以其良好的发光性能,低细胞毒性被成功用于细胞成像,拓宽了合成碳点的原材料范围。以蚕丝和柠檬酸为原料合成的高荧光量子产率的碳点,不仅可以用于检测Fe~(3+),还可以通过构建探针建立对谷胱甘肽的检测方法,拓宽了碳点的应用范围。除此之外,制备上述碳点的方法均快速、简便,可用于大批量制备。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;R917

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本文编号：1284779