基于水热法制备的高荧光碳量子点及其应用

摘要

碳量子点作为一种新型荧光材料，由于具有独特的光学特性、良好的生物兼容性、低的细胞毒性而备受关注，其在光电器件、分析检测以及细胞成像等方面有着重要的应用。然而，目前在碳量子点的研究过程中，也存在着一些不足。首先是碳量子点在合成方面普遍存在着荧光量子产率较低的缺陷，因而在诸如生物成像领域的应用受到了很大的限制。其次是碳量子点作为荧光探针在分析检测方面的应用还有其发展的空间，检测的选择性和灵敏性也有待提高。最后是碳量子点的光致发光方面，尽管有着良好的光学特性，但其荧光强度仍然逊色于半导体量子点，仍需要进一步的研究。针对上述提及的碳量子点这些方面，本论文做了进一步地推进。本文主要围绕碳量子点的制备、应用及其荧光增强等方面来开展相关研究，具体的研究内容如下:
　　(1)以柠檬酸和三羟甲基氨基甲烷为原料，采用水热法一步合成了蓝色高荧光的碳量子点。通过改变反应条件对碳量子点的合成进行了优化，获得了量子产率高达52.8％的碳量子点。通过研究不同pH值对碳量子点荧光强度的影响，获得pH在7时碳量子点荧光最强的结论。通过研究碳量子点在不同的离子强度以及不同的溶剂条件下的荧光变化情况，结果表明不同的离子强度对碳量子点荧光的影响不大，而不同的溶剂则对其表现出一定的荧光淬灭效应。
　　(2)以不同类型的阳离子作为对照，讨论了离子对碳量子点的荧光淬灭效应，结果表明铁离子对碳量子点的荧光有较强的淬灭效果。通过进一步研究不同浓度的铁离子对碳量子点荧光的淬灭效果，发现铁离子浓度在0-50μM范围内的淬灭趋势拥着较高的线性相关系数（R2为0.997）。
　　(3)对合成的碳量子点进行细胞成像应用。利用MTT法测定了碳量子点的细胞毒性，在获得较低细胞毒性的情况下将其与人乳腺癌细胞一起培育。通过激光共聚焦显微镜在不同的激发波长下观察碳量子点标记细胞后的情况，获得了较好的荧光细胞成像特性，实验表明该碳量子点可作为荧光标记物用于生物成像。
　　(4)以硝酸银作为前驱体，抗坏血酸、柠檬酸三钠为还原剂，正硅酸乙酯为包覆剂制备了二氧化硅包覆的银纳米颗粒。根据金属荧光增强原理研究了银纳米颗粒对碳量子点的荧光增强作用。结果表明银纳米颗粒在一定距离范围内对碳量子点的荧光有增强效应，这为后期进一步研究贵金属纳米颗粒对碳量子点的金属增强效应提供了有利的条件。

目录

摘要

缩写表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 碳量子点的研究现状

1．2．1 碳量子点的合成、尺寸控制及修饰

1．2．2 碳量子点的性能

1．2．3 碳量子点的荧光增强

1．2．4 碳量子点的应用

1．3 本论文的选题意义及研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

第二章 荧光碳量子点的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料和试剂

2．2．2 碳量子点的合成及纯化

2．2．3 荧光量子产率的计算

2．2．4 仪器测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 合成条件的优化

2．3．2 形貌与结构表征

2．3．3 光学性质研究

2．4 本章小结

第三章 碳量子点对Fe3+离子检测

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料及试剂

3．2．2 碳量子点的制备及其离子检测

3．2．3 仪器测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同离子对碳量子点的荧光影响

3．3．2 Fe3+对碳量子点的荧光影响

3．3．3 碳量子点对水样中的Fe3+离子的检测

3．4 本章小结

第四章 碳量子点标记细胞及其荧光成像

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料及试剂

4．2．2 碳量子点的合成与纯化

4．2．3 碳量子点的细胞毒性实验

4．2．4 碳量子点的细胞成像实验

4．2．5 仪器测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 碳量子点的细胞毒性

4．3．2 碳量子点的细胞成像

4．4 本章小结

第五章 氨基化Ag@SiO2纳米颗粒对碳量子点荧光的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料及试剂

5．2．2 碳量子点的合成与纯化

5．2．3 Ag@SiO2@NH2的制备

5．2．4 Ag@SiO2@NH2与碳量子点的混合

5．2．5 仪器测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 Ag@SiO2@NH2形貌表征

5．3．2 Ag@SiO2@NH2光学性质

5．3．3 碳量子点与AgNPs、Ag@SiO2以及Ag@SiO2@NH2的Zeta电位

5．3．3 Ag@SiO2@NH2对碳量子点的荧光影响

5．3．4 银纳米颗粒的增强机理

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文