新型荧光碳点的制备及其在传感、生物成像和抗菌中的应用

发布时间：2020-11-19 05:45

　　 目的:碳点作为新型的碳纳米材料,其优异的光学性质、低毒性和良好的生物相容性,使其在生物领域中有好的应用前景。荧光量子产率低会影响碳点的光学性质,而短波长的碳点在生物成像中的应用受到限制,为拓宽碳点的应用范围,制备高荧光量子产率和长波长发光碳点在生物应用领域是非常有意义的。本论文工作如下:1.以L-酒石酸和三亚乙基四胺为原料,采用微波法合成了高荧光量子产率(23%)发蓝色荧光的氮掺杂碳点,反应比例为摩尔比1:1。2.在第一章基础上,对合成的氮掺杂的碳点进行传感实验探究,并应用于甲硝唑的检测及细胞成像。3.以水溶性黑色素和盐酸甜菜碱为原料,合成了荧光量子产率为6.5%发红色荧光的碳点,并应用于细胞成像、斑马鱼成像和抗菌研究中。方法:1.采用一步微波法,以L-酒石酸和三亚乙基四胺为原料,通过对反应条件的探究,合成了高荧光产率的氮掺杂发光碳点(N-CDs)。对合成的N-CDs的结构和光学性能进行测定:透射电子显微镜表征其形貌和粒径,X射线衍射图和傅里叶变换红外光谱表征其表面所含官能团;紫外-可见吸收光谱和荧光光谱探究光学性质。2.合成的N-CDs通过与不同物质作用,研究不同物质对N-CDs荧光性质的影响。采用MTT法研究N-CDs对人乳腺癌胞(MCF-7)的细胞毒性,采用激光共聚焦进行N-CDs在细胞中的成像实验。3.采用一步水热法,以水溶性黑色素和盐酸甜菜碱为原料,通过对反应条件的探究,合成发红色荧光的碳点(R-CDs)。通过透射电镜,傅里叶变换红外光谱、X射线衍射图和X射线光电子能谱分析表征合成的R-CDs的结构及组成,运用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测定R-CDs的光学性质。通过对合成的R-CDs与三种常见细菌的相互作用,研究R-CDs的抗菌效果。结论:1.对合成的N-CDs的结构表征显示N-CDs呈准球形,粒径范围为1-5 nm,平均粒径约为2.56 nm,表面含有羟基、羧基以及氨基等水溶性基团。测定不同因素对合成的N-CDs光学性能的影响实验表明合成的N-CDs的光学性质稳定。综上所述,合成的N-CDs具有良好的水溶性、高荧光量子产率(23%)和优异的光稳定性。2.合成的N-CDs对甲硝唑的响应灵敏度高,通过荧光猝灭可有效的检测药物甲硝唑,经计算得出其检出限为0.22μmol/L,并成功的应用到实际样品(牛奶)中甲硝唑的检测,。MTT法测定结果显示N-CDs的细胞毒性低并应用到了细胞成像,最后通过荧光猝灭现象在细胞中可以检测到甲硝唑的存在。3.合成的R-CDs的结构表征其呈准球形,粒径大小主要集中在4-5 nm,平均粒径约为4.32 nm,表面含有羟基和羧基等基团。对合成的R-CDs光学性能的测定实验表明其具有良好的光学稳定性。运用激光共聚焦测定分别研究了R-CDs在人乳腺癌胞(MCF-7)和斑马鱼活体中的成像,效果明显。最后测定了R-CDs对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和变形菌生长抑制实验,结果表明R-CDs对大肠杆菌有效的杀伤能力最强。综上所述,合成的R-CDs具有优良的光学性能、低的细胞毒性和良好的生物相容性,能够很好的应用到生物成像中,而且对大肠杆菌表现出较强的抑菌效果。结论:本论文通过对合成条件的优化简单快速的合成了两种碳点(N-CDs和R-CDs),且合成的碳点具有优异的的光致发光性质,低毒性和良好的生物相容性。N-CDs能够灵敏检测小分子药物甲硝唑,分别应用到实际样品中甲硝唑的检测和细胞中检测药物甲硝唑,效果满意。R-CDs能够在650 nm处发射强的荧光,应用到了细胞和活体成像中,效果显著,抗菌实验表明R-CDs对抑制对大肠杆菌和变形杆菌具有有效的抗菌活性的抗菌活性。
【学位单位】：山西医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R318.08;TB383.1;O613.71
【部分图文】：

图 1-1 不同反应时间（A）和反应比例（B）下合成 N-CDs 的荧光光谱点的结构表征碳点的形貌表征过 TEM 对合成的 N-CDs 的分布与形貌进行表征，如图 1-2（A）所示到 N-CDs 的形态呈球形或准球形，分散性良好；图 1-2（B）是合成的分布图，表明合成的 N-CDs 粒径主要集中在 1-5 nm，平均粒径约为 2成的 N-CDs 的 XRD，结果如图 2-2（C），XRD 图显示在 2θ=25°附近衍射峰，表明合成的 N-CDs 主要由无定型碳组成。

1-1 不同反应时间（A）和反应比例（B）下合成 N-CDs 表征表征对合成的 N-CDs 的分布与形貌进行表征，如图 1-2 的形态呈球形或准球形，分散性良好；图 1-2（B）表明合成的 N-CDs 粒径主要集中在 1-5 nm，平均粒Ds 的 XRD，结果如图 2-2（C），XRD 图显示在 表明合成的 N-CDs 主要由无定型碳组成。

山西医科大学 硕士学位论文换红外（FT-IR）光谱来分析鉴定所制备的N-C3450 cm-1有较宽的肩峰可归因于O-H和N-H的C-H的伸缩振动；1270 cm-1和1107 cm-1处的峰伸振动；在1625 cm-1处较宽的吸收带归因于吸收带归属于CH2的弯曲振动[23]。红外图谱显基以及氨基等水溶性基团，表明合成N-CDs具
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵秋丽;卞洁鹏;杨庆浩;彭龙贵;王志华;后振中;李颖;;聚集诱导发红光材料在生物成像领域的应用[J];材料导报;2019年03期

2 董夏薇;王雪梅;;贵金属纳米材料用于生物成像研究进展[J];科技导报;2016年02期

3 李亚丽;郭靖;宋娟;朴向民;徐晓龙;王英平;;荧光碳点探针的合成、性质及其在生物成像中的应用[J];影像科学与光化学;2019年01期

4 周佳;倪赟;张承武;仇兴汉;赵燕菲;白磊;张高宾;李林;;嘧啶基双光子荧光染料的设计合成与生物成像[J];应用化学;2017年12期

5 ;重点专项“大视场生物成像分析仪”启动[J];分析仪器;2017年06期

6 ;中国科学院生物物理研究所生物成像中心简介[J];现代物理知识;2017年03期

7 姜杰;李士浩;严一楠;何丹农;;氮掺杂高量子产率荧光碳点的制备及其体外生物成像研究[J];发光学报;2017年12期

8 刘玲芳;龙伟;刘昌龙;张晓东;;双金属ZnAu纳米团簇的光学性质及生物成像应用[J];光电子·激光;2018年09期

9 江美娟;郭子健;唐本忠;;聚集诱导发光材料在生物成像、疾病诊断及治疗的应用[J];科技导报;2018年22期

10 ;有机双光子荧光染料在生物成像中的应用取得新进展[J];河南化工;2017年06期

相关博士学位论文 前10条

1 高权坤;新型钌配合物磷光探针合成及其生物成像应用[D];大连理工大学;2017年

2 苗湘;碳点的光学调控及其应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年

3 李卉;用于生物成像的多功能纳米材料的制备与性质研究[D];吉林大学;2013年

4 詹求强;几种基于高信噪比探测技术的光学生物成像方法的研究[D];浙江大学;2012年

5 谭轶群;基于苯并噻唑和三联吡啶荧光探针的设计合成及功能研究[D];浙江大学;2014年

6 汪亚伦;几种纳米颗粒的光学性质研究及其在生物成像中的应用[D];浙江大学;2015年

7 胡思怡;基于微流控技术的功能型量子点的合成及应用[D];长春理工大学;2015年

8 沈丽明;碳点的合成、性能及其生物传感应用研究[D];东北大学;2015年

9 黄盛;功能纳米材料的表面修饰及其在生物成像与药物运输中的应用[D];北京化工大学;2015年

10 陈华;新型有机小分子荧光染料的构建及其生物应用研究[D];湖南大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 张荣;新型荧光碳点的制备及其在传感、生物成像和抗菌中的应用[D];山西医科大学;2019年

2 李诗武;聚集诱导发光探针的制备、构效关系研究及在生物成像和检测中的应用[D];华南理工大学;2018年

3 吴思聪;荧光硅纳米颗粒的仿生制备、自组装及其生物成像的应用[D];苏州大学;2017年

4 王彩霞;荧光染料的功能调控及其生物成像应用[D];河南师范大学;2018年

5 刘顺强;9,10-二苯乙烯基蒽衍生物的合成及荧光生物成像研究[D];东北师范大学;2018年

6 孟佳佳;水溶性NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)@NaGdF_4颗粒的合成与光谱及生物成像应用研究[D];陕西师范大学;2018年

7 徐梁格;两种二维纳米功能材料的合成及其生物成像和肿瘤治疗性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

8 赵磊;稀土纳米杂化材料的合成及其在生物成像和治疗方面的应用研究[D];上海大学;2018年

9 谢云飞;稀土元素共掺羟基磷灰石纳米粒子制备及生物成像应用[D];武汉理工大学;2016年

10 陈红;基于活细胞中肿瘤标记物的生物成像研究[D];湖南大学;2017年

本文编号：2889787