乌头酸基荧光碳纳米材料的制备与分析应用

摘要

近年来，荧光碳纳米材料因其环境友好性备受关注并取得了飞速的发展。碳点做为荧光碳纳米材料家族中的新成员，自2004年首次被报道以来便吸引了广大科研工作者的关注。与传统有机小分子染料相比，碳点具有良好的光学稳定性、生物相容性和低的细胞毒性，因此在生命分析领域具有广泛的应用前景。纵观碳点的研究现状，仍然存在两方面的问题亟待解决：其一，所制备碳点的量子产率普遍较低，限制了碳点的实际应用；其二，现有碳点的荧光颜色较为单一且多为蓝色，限制了其在生物学中的应用。因此，寻找新的碳源前驱体，拓展和完善制备碳点的方法，以获得高量子产率或多波长发射的碳点成为该领域研究的热点。
　　本学位论文的研究工作以提高碳点的量子产率和调控碳点的发射波长为目标，发展了以乌头酸为碳源，尿素、乙二胺或1,2,4-三氨基苯盐酸盐为共掺杂试剂，通过合理设计制备方案，制备出高量子产率的乌头酸基荧光碳纳米材料并实现了对发射波长的调控，初步探索了其在分析化学领域的应用。全文共分为4章：
　　第一章：简单介绍了荧光碳纳米材料的研究现状，重点聚焦于研究者们针对提高碳点量子产率和调控其发射波长上做出的尝试与努力，并据此总结了碳点的制备方法。
　　第二章：以乌头酸和乙二胺为前驱体，利用微波法快速制备出一种高量子产率的蓝色荧光碳点。通过系统考察反应物配比、微波功率及微波时间等因素对产物荧光性质的影响，发现乌头酸和乙二胺的摩尔比为1:3，微波功率为700 W，反应时间为6 min时，所得碳点的荧光量子产率最高。该碳点平均粒径为2.9 nm，分散性好。最佳激发波长为360 nm，最佳发射波长为450 nm，绝对量子产率为45％。基于该碳点优异的光学性质，我们设计了一种“on-off-on”荧光传感探针用于检测汞离子及半胱氨酸，检出限分别为5.5和30 nM。该传感器具有良好的稳定性和循环性，并成功用于测定各种水体中的汞离子和细胞中的半胱氨酸。
　　第三章：在第二章工作的基础上，以乌头酸为碳源，乙二胺和尿素分别为掺杂试剂，利用水热法或微波法制得四种荧光碳点（AA&EDA-MW-CDs、AA&EDA-HT-CDs、AA&Urea-MW-CDs、AA&Urea-HT-CDs）。其中，以乌头酸和尿素为前驱体通过微波法制得了一种黄色荧的碳点（AA&Urea-MW-CDs），通过系统地考察反应物配比，微波功率及微波时间等因素对产物荧光性质的影响，发现当乌头酸和尿素的质量分别为0.0871 g和0.3604 g、微波功率为700 W、反应时间为5 min时，所制得碳点的荧光量子产率最高。以甲醇和水（V甲醇/V水=10%）为洗脱剂，利用反相硅胶柱对所制备的碳点进行分离纯化，纯化后所得碳点的绝对量子产率可达44%。进一步的表征发现该碳点具有良好的分散性、较高的光学稳定性以及优良的生物相容性。该黄色荧光碳点可有效规避生物本底荧光（蓝色）的干扰，已成功用于肝癌细胞（SMMC-7721）的荧光成像。
　　第四章：为了进一步研究碳源前驱体对产物荧光性质的影响，本章工作中我们选用含有共轭结构的芳香胺作为共掺杂试剂，即以乌头酸和1,2,4-三氨基苯盐酸盐为原料，在鼓入适量氩气的条件下，利用一步固相合成法制备出一种水溶性良好的红色荧光碳点，并对该碳点的荧光性质进行了初步研究。由实验结果还发现，随着所得碳点溶液的pH值逐渐增大（由2到12），溶液颜色荧光强度随之变化，这表明该红色荧光碳点具有作为pH探针的潜力。同时，该红色荧光碳点也成功应用于细胞成像。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 碳点

1.3 选题意义和研究内容

参考文献

第二章 乌头酸基荧光碳点的制备及其作为荧光探针在Hg2+和半胱氨酸检测中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 小结

参考文献

第三章 乌头酸基多色荧光碳点的制备及其在细胞成像中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

参考文献

第四章 乌头酸基红色荧光纳米材料的固相合成及其荧光性质的初步研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

参考文献

在学期间的研究成果

致谢