顺磁标记荧光碳量子点双模式探针的研究

摘要

作为新兴的荧光纳米材料,碳量子点(CDs)具有光稳定性好、发射波长和激发波长可调控等良好的光学性能,又兼备低毒性、生物相容性好等优点,在分析检测和生物成像等领域展现出广阔的应用前景。
　　 本论文将经典的氮氧自由基顺磁标记技术拓展至新型的无机发光碳纳米材料领域,通过研究两者间的相互作用,结合无机发光纳米材料优良的光学性能以及氮氧自由基对生物活性抗氧化分子和生物自由基的识别功能,开发出新型的荧光-磁共振双模式探针。
　　 本论文共分为五章,包含以下内容:
　　 第一章,前言,为相关研究领域的文献综述,简要介绍了有关CDs的合成技术、发光原理及其应用等领域的研究进展,简述了顺磁标记双模式探针所涉及的研究内容及其最新研究进展,并在文献综述的基础上提出了本硕士学位论文的研究目标与研究思路。
　　 第二章,碳量子点的合成与修饰。在本章的研究中,以微波辅助法一步合成粒径均一、发光稳定的CDs。在此基础上,进一步以氨基酸小分子和聚乙烯亚胺高聚物对CDs进行了旨在提高CDs的荧光量子产率的表面修饰,对合成的实验条件,及其对CDs光谱性质的影响进行了系统的研究。
　　 第三章,基于碳量子点的p8荧光探针。基于研究揭示的CDs的光谱对微环境pH的响应,对发展基于CDs的pH荧光探针进行了研究。CDs表面具有的多羧基,或其自身结构不同,或其所处微环境不同,表现为酸碱离解常数的不同,其在不同pH值缓冲溶液中的分步电离,引起CDs聚集/分散,进而诱导CDs荧光猝灭/增强,实现了对pH的响应。基于此构建了基于CDs的pH荧光探针。
　　 第四章,水溶性CDs与哌啶类氮氧自由基的作用研究。本章研究了哌啶类氮氧自由基对水溶性CDs的荧光猝灭作用。氮氧自由基对CDs的荧光猝灭随哌啶类自由基第4位取代基的不同而不同。在pH7.4的硼酸缓冲溶液中,4-氨基-哌啶氮氧自由基因与CDs之间存在静电作用,其对CDs的猝灭表现为兼具动态猝灭与静态猝灭的性质,而4-羟基或4-羧基-哌啶氮氧自由基则表现为单一的动态猝灭。研究表明,氮氧自由基对CDs荧光的猝灭是基于CDs与氮氧自由基间的电子交换和电子转移的过程,氮氧自由基的半充满SOMO轨道(单占分子轨道)在猝灭作用过程中起着电子通道的作用。这一猝灭过程具有可逆性,当消除氮氧自由基的顺磁性,即消除氮氧自由基的SOMO轨道后,CDs的荧光得以恢复。基于对氮氧自由基与CDs分子间猝灭作用的认识,设计合成了氮氧自由基顺磁标记CDs探针,其对抗坏血酸表现出荧光-顺磁双模式响应。
　　 第五章,基于嵌段共聚物F127的顺磁标记双模式探针。通过嵌段共聚物(F127)的疏水自组装构建了兼具荧光-磁共振-电子自旋共振成像功能的多模式探针。共聚物F127/SiO2可形成顺磁小分子标记基团的保护壳层,不仅有效解决了氮氧自由基在生物体系中易被还原的问题,还避免了荧光团与氮氧自由基之间的直接碰撞,为发展多模式示踪型成像探针提供了新的技术平台。