荧光碳量子点的制备与应用

发布时间：2018-03-14 13:49

  本文选题：碳量子点　切入点：水热法　出处：《江南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：碳量子点或碳点(CDs)是一类新兴的碳纳米材料,作为传统半导体量子点的竞争对手引起了人们的广泛关注。CDs具有低毒性,环境友好,成本较低,制备方法简单等优点,同时通过表面钝化和修饰等可调控其物理化学性能。自从被发现以来,CDs广泛应用于化学传感、生物传感、生物成像、纳米医学、催化和光电器件等诸多领域。然而,CDs领域仍存在诸多问题,比如,如何制备长波长的荧光CDs、如何简单的实现CDs的分离纯化等。本论文中,我们首先以水热法制备稳定的蓝色荧光CDs作为纳米温度计和应用于pH传感,其次以微波法快速制备长波长黄色荧光CDs应用于比色传感重金属Cr(VI),最后以SiO2微球为载体制备了SiO2@CDs复合微球,解决了CDs分离纯化困难的问题并应用于靶向癌细胞成像,为荧光CDs的制备和应用开拓了新的思路。具体来讲,本论文围绕荧光CDs的制备与应用开展了以下三部分工作:在第2章中,我们通过在碳源葡萄糖(glc)中加入修饰剂谷胱甘肽(GSH),采用水热法一步制备水稳定的蓝色荧光CDs。修饰剂GSH的加入,减少了非辐射复合中心,从而使得CDs荧光强度增强。改变GSH/glc摩尔比、反应温度、反应时间研究了不同反应条件对CDs光致发光特性的影响,对所获得的CDs进行了TEM,FTIR和XPS表征,从而对其形貌和表面化学组成信息进行表征。所制备的CDs表现出很好的光漂白稳定性和抗离子干扰性,为在实际生活中的应用奠定了基础。基于所制备CDs对温度和pH的响应,可作为纳米温度计和应用于pH传感。这一纳米温度计的荧光强度有很强的温度敏感性,并且在15-60℃范围内,发光强度与温度呈现线性相关关系,在生理温度范围内,有望应用于生物体内温度传感。为了拓展该方法,本章改变碳源与修饰剂,以枝状聚乙烯亚胺为表面钝化剂、柠檬酸为碳源,通过水热法制备高发光效率的蓝光CDs,应用于pH传感和细胞成像。在第3章中,我们以葡萄糖(glc)为碳源和磷酸(H3PO4)为辅助剂,通过快速、低成本的微波热解法5 min内制备长波长黄色荧光CDs,并探索了所制备的黄色荧光CDs的形貌和表面化学组成。所制备的黄色荧光CDs在水中和有机溶剂中均呈现良好的分散性和强烈的黄色荧光。重要的是,随着Cr(VI)离子的加入,CDs水溶液的荧光逐渐由黄变绿再变蓝,根据此现象,所制备的CDs可根据其荧光颜色的变化,检测重金属Cr(VI),其检测限最低可达0.02μM。通过离子干扰性实验的验证,所制备的黄色荧光CDs能够特异性识别重金属Cr(VI)而区分于其他金属阳离子和Cr(III)。另外,我们将CDs水溶液进一步制成Cr(VI)试纸,为实现现场实时检测和监控重金属Cr(VI)提供了一个新思路。最后,我们将所制备的CDs与聚合物复合,制成CDs/聚合物发光薄膜,为所制备的CDs向器件方向的发展打下了基础。在第4章中,为解决水相中CDs分离纯化困难的问题,我们以SiO2微球为载体采用一步水热法在其表面生长碳点,制备SiO2@CDs复合微球。将SiO2@CDs复合微球表面共价修饰叶酸(FA)后得到SiO2@CDs-FA复合物。所制备的SiO2@CDs-FA复合物能够靶向成像癌细胞。该方法的关键在于使用硅烷偶联剂作为桥连剂,它不仅用作CDs的表面钝化剂使所制备的CDs具有高量子产率,而且也使SiO2表面氨基功能化易于共价接合FA。所制备的SiO2@CDs易于分离、纯化和表面功能化。此法简便易行,可实现批量生产。由于SiO2表面被氨基功能化以及CDs表面含有大量亲水性基团使得所制备的SiO2@CDs复合物具有良好的水分散性。另外,细胞毒性测试表明所制备的SiO2@CDs复合微球具有细胞低毒性,有利于应用于生物体内。最后,将所制备的SiO2@CDs-FA复合物作为荧光探针应用于生物成像。结果表明,在较短的孵化时间内,SiO2@CDs-FA能够通过受体介导的运载途径实现靶向癌细胞成像,从而实现对肿瘤细胞的早期诊断。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;O613.71
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本文编号：1611483