氮掺杂石墨烯量子点的制备及其在生物体液检测中的应用研究
发布时间：2020-06-22 04:30
【摘要】：石墨烯量子点(GQDs)是一种粒径小于100 nm的具有零维结构的碳纳米材料。由于GQDs的边缘效应和量子限制效应使其具有独特的光学和电学性质。研究表明氮原子可以掺杂在石墨烯的结构中,从而得到氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)。氮原子的掺入可以有效的调控GQDs的光学性能以及局部化学性能。与GQDs相比N-GQDs具有光致发光稳定、细胞毒性低、生物相容性好、溶解性好、比表面积高、可调带隙等优点。因此,N-GQDs在生物传感、生物激光、生物成像以及在光电器件等领域具有广阔的应用前景。本文主要以柠檬酸和尿素作为合成材料,通过水热合成法一步合成N-GQDs,并对其结构和性能进行表征,构建了基于N-GQDs的荧光传感器,建立了对生物体液中多巴胺(DA)、组氨酸(His)和焦磷酸根离子(PPi)检测的新方法。研究的主要内容包括:1.N-GQDs作为荧光探针检测DA。采用水热合成法,以柠檬酸为碳源,尿素为氮源一步合成N-GQDs。对合成的N-GQDs进行透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、傅里叶红外光谱(FTIR)以及紫外-可见吸收光谱等一系列表征。并研究其在一定pH范围内、离子强度(NaCl)和时间内的稳定性。此外,基于在碱性条件下,DA自聚合成多巴胺醌然后吸附在N-GQDs表面,这种多巴胺醌是一种薄膜附着在N-GQDs表面通过能量共振转移(FRET)使其荧光猝灭。基于这种猝灭机理,该荧光探针可灵敏的检测DA。通过优化pH、反应时间以及反应温度,该实验的线性范围为0-90μmol L~(-1),检出限(3σ/R)为80.5 nmol L~(-1)。并成功应用于检测人体尿液中的DA,其加标回收率为96%-102%。2.Cu~(2+)修饰的N-GQDs作为荧光探针检测His。N-GQDs表面具有丰富的含氧基团(如:-COOH、-OH),Cu~(2+)会与其形成共价键并吸附在其表面通过非辐射电子转移致使N-GQDs的荧光猝灭。当加入His时,由于His具有咪唑基其与Cu~(2+)的亲和力极强,从而使Cu~(2+)从N-GQDs表面解离并与His形成更稳定的Cu~(2+)-His配合物,最终导致N-GQDs的荧光恢复。基于此构建了一种高灵敏的检测His的荧光传感器,其线性范围为0-35μmol L~(-1),检出限(3σ/R)为72.2 nmol L~(-1)。该传感器成功应用于检测人体尿液中的His,其加标回收率为96%-102%。3.N-GQDs-Pb(Ⅱ)体系作为荧光探针检测PPi。N-GQDs表面具有丰富的含氧基团,Pb(Ⅱ)与这些基团相互作用进而吸附在N-GQDs表面并形成N-GQDs-Pb(Ⅱ)复合物,通过内滤效应致使N-GQDs的荧光被有效猝灭。当加入PPi,Pb(Ⅱ)与PPi之间存在强的成键作用致使Pb(Ⅱ)从N-GQDs的表面分离,从而使N-GQDs的荧光强度恢复。另外,N-GQDs的荧光强度不受PPi的影响。因此,构建的荧光传感器能够用于PPi的检测,其线性范围为0.20-40μmol L~(-1),检出限(3σ/R)为69.2 nmol L~(-1)。该传感器成功应用于检测人体尿液中的PPi,其加标回收率为96%-103%。
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943
【图文】：
[3 3]。图1-2 石墨末端平面被羟基和氧自由基进攻，从而促进BF4-阴离子插层剥离的进程[30]Fig. 1-2 Exfoliation process showing the attack on the graphite edge planes by hydroxyl and oxygenradicals, and intercalation of BF4-anion[30]水热合成法是一种非常容易的合成GQDs的方法。该方法：首先，用GO片作为原材料并用一些氧化剂（HNO3, O3）将其氧化，这样可以将环氧基团和羧基引入石墨烯的边缘。随后，在水热条件下，通过化学切割或在碱性条件下（NaOH，氨水）还原前体而.（3）水热合成法
[ 22]。该方法操作简单、有效且具有良好的可控性，并且合成的GQDs具有不同的荧光性质。Tetsuka及其同事报道了一种氨基水热法（图1-3a），通过用不连续分子量和特定边缘制得具有氨基官能化的GQDs[ 34]。该方法可以通过改变水热温度和初始氨水浓度制得可调荧光的GQDs（图1-3b和c）。图1-3 （a）af-GQDs的合成过程（b）在365 nm波长紫外灯下AF-GQDs在水和聚合物混合体中的可调PL（c）af-GQDs的光致发光和选定的UV/VIS吸收光谱[34]Fig. 1-3 (a) Schematic illustration of the preparative strategy for af-GQDs.(b) the tunable PL of af-GQDsin water and polymer hybrid under 365 nm UV light. (c) photoluminescence and selected UV/VISabsorption spectra of af-GQDs[34]微波辅助合成法在合成石墨烯材料过程中已得到了广泛应用.（4）微波辅助合成法[37,38]。可以在不同的条件下合成GQDs，如：强酸性和碱性[ 26,39]、超声波辅助和热反应条件下等[ 22,35]。但是，以上的方法都存在反应时间很长的缺点。微波辐射具有为反应介质提供了快速且均匀加热的条件，缩短了反应时间的优势而被广泛应用[ 12,23]。最开始，报道了一种微波辅助剥落和还原GO的方法[ 37,38]。GO的还原可以在很短的时间内完成，并且制得GQDs产率很高。结果表明微波辅助技术可以缩短反应时间，提高产率。Li等人报道了一种简单的微
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943
【图文】：
[3 3]。图1-2 石墨末端平面被羟基和氧自由基进攻，从而促进BF4-阴离子插层剥离的进程[30]Fig. 1-2 Exfoliation process showing the attack on the graphite edge planes by hydroxyl and oxygenradicals, and intercalation of BF4-anion[30]水热合成法是一种非常容易的合成GQDs的方法。该方法：首先，用GO片作为原材料并用一些氧化剂（HNO3, O3）将其氧化，这样可以将环氧基团和羧基引入石墨烯的边缘。随后，在水热条件下，通过化学切割或在碱性条件下（NaOH，氨水）还原前体而.（3）水热合成法
[ 22]。该方法操作简单、有效且具有良好的可控性，并且合成的GQDs具有不同的荧光性质。Tetsuka及其同事报道了一种氨基水热法（图1-3a），通过用不连续分子量和特定边缘制得具有氨基官能化的GQDs[ 34]。该方法可以通过改变水热温度和初始氨水浓度制得可调荧光的GQDs（图1-3b和c）。图1-3 （a）af-GQDs的合成过程（b）在365 nm波长紫外灯下AF-GQDs在水和聚合物混合体中的可调PL（c）af-GQDs的光致发光和选定的UV/VIS吸收光谱[34]Fig. 1-3 (a) Schematic illustration of the preparative strategy for af-GQDs.(b) the tunable PL of af-GQDsin water and polymer hybrid under 365 nm UV light. (c) photoluminescence and selected UV/VISabsorption spectra of af-GQDs[34]微波辅助合成法在合成石墨烯材料过程中已得到了广泛应用.（4）微波辅助合成法[37,38]。可以在不同的条件下合成GQDs，如：强酸性和碱性[ 26,39]、超声波辅助和热反应条件下等[ 22,35]。但是，以上的方法都存在反应时间很长的缺点。微波辐射具有为反应介质提供了快速且均匀加热的条件，缩短了反应时间的优势而被广泛应用[ 12,23]。最开始，报道了一种微波辅助剥落和还原GO的方法[ 37,38]。GO的还原可以在很短的时间内完成，并且制得GQDs产率很高。结果表明微波辅助技术可以缩短反应时间，提高产率。Li等人报道了一种简单的微
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;新研究发现改进石墨烯材料性能的途径[J];热固性树脂;2019年01期
2 ;高技术中心召开石墨烯制备及应用进展专家讲座[J];河南科技;2018年29期
3 张倩;唐利斌;李汝R
本文编号：2725194
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/yiyaoxuelunwen/2725194.html
最近更新
教材专著
