记忆型碳点的制备及其在生物医药分析中的应用研究
发布时间：2021-07-12 19:12
近年来,碳材料由于具有环境友好、来源广泛等优点,受到了广泛关注。相比于宏观的金刚石、石墨等,纳米尺寸的碳材料由于具有合适的带隙,继而通过调控尺寸大小和表面化学结构,可以使其具有不同的发光行为和生物活性。其中,荧光碳点作为一类新兴的碳纳米材料,广泛用于传感分析、荧光成像、光催化以及发光器件等领域。为了获得性质更加优越的碳点,人们开展了表面功能化研究。虽然通过后期化学改性的方式偶联上额外的功能材料可以实现碳点的功能化,但是直接利用原位合成的方式制备功能化碳点的研究依然较少。在细胞成像分析中,细胞亚结构的靶向研究更多倾向于靶向成像,而对于维持细胞器稳定的内环境极性的传感分析仍未有报道。特别是,对于细胞内“低关注”度的高尔基体与内质网等亚细胞结构的成像研究仍鲜有报道。所以,本文以碳点的表面功能化为主要研究内容,针对其在原位改性和亚细胞结构靶向成像方面的不足开展以下三个研究内容:1.活性结构保留策略用于功能化碳点的制备。原料分子在缩合形成碳点的过程中会经历电离缩合、低温聚合以及高温碳化三个典型过程,因此原料分子的活性结构极有可能保留在碳点表面,从而使碳点在具有荧光的同时也具备原料分子某些特性（记...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）石墨态碳点与无定形结构碳点的示意图
图 1-2 （a）不同大小粒径（1.5-3 nm）的碳点的荧光照片[31]。（b）碳点大小与荧光性质之间的关系。（c）HOMO-LUMO 能级差与石墨片层大小之间的关系。（d）HOMO-LUMO 能级差与表面氧化状态之间的关系[32]。（e）表面 N 含量对碳点激发态能级的影响[35]。碳核发光，也被称为本征态或碳核态。在过去的数年中，碳核发光的理论也被视为碳点发光的一个重要方面。S. Urban 等人认为电子在碳核多环芳烃（PAH）结构中能级跃迁是造成碳点具有荧光现象的重要因素[28]。而碳核的大小又可以调节共轭 π-结构的带隙，从而使碳点具有各色的发光行为。通过密度泛函（DFT）理论的模拟，Eda 等人发现单个石墨层的带隙随着粒径的增大而逐渐较小。详细来讲，单个苯环结构的带隙为 7 eV，当片层含有 20 个芳环结构时，其带隙变为 2 eV[29]。Chen 等人利用 DFT 模拟的方法，也发现了相似的结果，并且还发现碳核边缘的结构、形状以及缺陷也会影响碳点的荧光发射波长[30]。除了理论模拟之外，Kang 等人通过实验观察到了不同粒径下的碳点荧光发射。在他们工作中，通过色谱分离的方法获得了分布于1.5到3 nm之间的四种不同粒径的碳点颗粒，他们分别展现出蓝、绿、黄、红四种典型的荧光颜色（图 1-2a-c）[31]。然而，需要注意的是，即使是同
氧相关的表面态与氮相关的表面态需要被同时纳入考虑的范畴。在最近的研究报道中，Chen 等人认为反应初期的荧光是以氮相关的表面态决定的，而随着反应时间延长，碳点的发射中心变为氧相关的表面态[37]。另外一个需要注意的问题，在石墨态碳点发光中心还未完全清晰之前，碳核态与表面态发光都是需要同时考虑的两个因素。Liu 等人利用硅胶柱色谱对制备碳点粗产品进行分离纯化，得到了一系列不同粒径大小与不同表面化学组成的具有各色发光行为的碳点颗粒。通过表征与 DFT 模拟，发现碳点的粒径大小与表面态会同时影响碳点的发光性质[24]。此外，表面的分子状荧光团发光是碳点的第三种发光机制。在这种机制中，碳点的发光中心被归为表面分子结构。在很多与碳点制备相关的文献中，柠檬酸被广泛用作重要的碳源来制备具有蓝色荧光的碳点颗粒。其中，柠檬酸完全可以通过碳化缩合的方式得到具有柠嗪酸结构的衍生物，而该衍生物本来就具有明显的蓝色荧光，所以该结构很有可能是碳点真实发光中心[38]。Zhang 等人以柠檬酸与 L-半胱氨酸为原料制备出具有蓝色发光性质的荧光碳点，而同时以两种原料为反应物可以制备出具有相同发射峰的两种荧光小分子（TPDCA 和 TPCA）（图 1-3a）[39]。重要的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photoluminescence of carbon quantum dots:coarsely adjusted by quantum confinement effects and finely by surface trap states[J]. Zexi Liu,Hongyan Zou,Ni Wang,Tong Yang,Zhewei Peng,Jian Wang,Na Li,Chengzhi Huang. Science China（Chemistry）. 2018(04)
本文编号：3280494
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）石墨态碳点与无定形结构碳点的示意图
图 1-2 （a）不同大小粒径（1.5-3 nm）的碳点的荧光照片[31]。（b）碳点大小与荧光性质之间的关系。（c）HOMO-LUMO 能级差与石墨片层大小之间的关系。（d）HOMO-LUMO 能级差与表面氧化状态之间的关系[32]。（e）表面 N 含量对碳点激发态能级的影响[35]。碳核发光，也被称为本征态或碳核态。在过去的数年中，碳核发光的理论也被视为碳点发光的一个重要方面。S. Urban 等人认为电子在碳核多环芳烃（PAH）结构中能级跃迁是造成碳点具有荧光现象的重要因素[28]。而碳核的大小又可以调节共轭 π-结构的带隙，从而使碳点具有各色的发光行为。通过密度泛函（DFT）理论的模拟，Eda 等人发现单个石墨层的带隙随着粒径的增大而逐渐较小。详细来讲，单个苯环结构的带隙为 7 eV，当片层含有 20 个芳环结构时，其带隙变为 2 eV[29]。Chen 等人利用 DFT 模拟的方法，也发现了相似的结果，并且还发现碳核边缘的结构、形状以及缺陷也会影响碳点的荧光发射波长[30]。除了理论模拟之外，Kang 等人通过实验观察到了不同粒径下的碳点荧光发射。在他们工作中，通过色谱分离的方法获得了分布于1.5到3 nm之间的四种不同粒径的碳点颗粒，他们分别展现出蓝、绿、黄、红四种典型的荧光颜色（图 1-2a-c）[31]。然而，需要注意的是，即使是同
氧相关的表面态与氮相关的表面态需要被同时纳入考虑的范畴。在最近的研究报道中，Chen 等人认为反应初期的荧光是以氮相关的表面态决定的，而随着反应时间延长，碳点的发射中心变为氧相关的表面态[37]。另外一个需要注意的问题，在石墨态碳点发光中心还未完全清晰之前，碳核态与表面态发光都是需要同时考虑的两个因素。Liu 等人利用硅胶柱色谱对制备碳点粗产品进行分离纯化，得到了一系列不同粒径大小与不同表面化学组成的具有各色发光行为的碳点颗粒。通过表征与 DFT 模拟，发现碳点的粒径大小与表面态会同时影响碳点的发光性质[24]。此外，表面的分子状荧光团发光是碳点的第三种发光机制。在这种机制中，碳点的发光中心被归为表面分子结构。在很多与碳点制备相关的文献中，柠檬酸被广泛用作重要的碳源来制备具有蓝色荧光的碳点颗粒。其中，柠檬酸完全可以通过碳化缩合的方式得到具有柠嗪酸结构的衍生物，而该衍生物本来就具有明显的蓝色荧光，所以该结构很有可能是碳点真实发光中心[38]。Zhang 等人以柠檬酸与 L-半胱氨酸为原料制备出具有蓝色发光性质的荧光碳点，而同时以两种原料为反应物可以制备出具有相同发射峰的两种荧光小分子（TPDCA 和 TPCA）（图 1-3a）[39]。重要的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photoluminescence of carbon quantum dots:coarsely adjusted by quantum confinement effects and finely by surface trap states[J]. Zexi Liu,Hongyan Zou,Ni Wang,Tong Yang,Zhewei Peng,Jian Wang,Na Li,Chengzhi Huang. Science China（Chemistry）. 2018(04)
本文编号：3280494
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