水热法制备碳量子点及微量热泳动技术研究碳点和生物分子亲和作用

摘要

碳量子点是一种纳米尺寸在10nm以内的新型球形碳纳米颗粒，其具有无毒或低毒特性，良好的生物相容性和环境安全性、水溶性以及廉价易得等优点，所以在生物标记、荧光探针生物检测等领域中正逐渐替代传统的半导体量子点和重金属量子点发挥着重要应用价值。
　　本文以生物体中两种必有的物质——葡萄糖与精氨酸为碳源，精氨酸同时做为氮源，采用一步水热合成法成功制备碳量子点。利用透射电显微镜(TEM)表征碳量子点的形貌，利用X射线能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)来表征碳量子点的表面元素、表面结构和表面电势，运用UV和荧光分光光度计来表征碳量子点的光谱特性。实验结果表明以水热法制备的碳量子点在水溶液中粒径均一，大约为9nm,分散性良好，表面富含大量的亲水性基团如:羧基、羟基和氨基等;同时具备优良的荧光特性和光稳定性等特性。
　　在碳量子点自身具有良好的荧光特性的基础上，我们率先引进国际上最先进的分子间相互作用分析仪——MST仪来研究碳量子点与生物分子间的相互作用。研究这种相互作用对于碳量子点在生物医学领域中具有潜在的应用价值。我们首先研究了碳量子点与四种三磷酸腺苷的亲和行为，在此基础上进一步研究碳量子点与脱氧核酸分子间的亲和行为;即实验中同时研究了两对不同序列的ssDNA(20Bs的引物序列和24Bs的人端粒富G序列及其G含量变化的延伸序列和链长变化序列)与碳量子点在水溶液中的亲和行为，并利用UV进行了辅助测试。实验结果表明碳量子点与dNTP在水溶液中以微弱氢键形式相结合，其强弱与碳量子点表面基团种类与含量及dNTP自身分子结构有关;碳量子点与ssDNA间相互作用是通过氢键结合，强弱与ssDNA碱基序列排布有关，G含量对ssDNA与碳量子点的亲和能力的影响并没有简单的线性关系，同时这种亲和能力的强弱也并没有与ssDNA的链长呈现简单的线性关系;碳量子点与dsDNA间却没有明显的亲和行为。
　　同时我们也利用MST技术研究了碳量子点与三种氨基酸（精氨酸、组氨酸和甘氨酸）及F3肽间的分子间相互作用。实验结果表明碳量子点与精氨酸、组氨酸和F3肽间在水溶液中存在着亲和行为，这种行为通过氢键与静电吸附的方式完成。甘氨酸由于其自身的非极性结构而与碳量子点间的亲和力很弱。

目录

声明

摘要

缩写表

第一章 绪论

1．1 碳量子点

1．1．1 碳量子点的合成方法

1．1．2 碳量子点的应用

1．2 微量热泳技术(MST)

1．2．1 MST的理论背景

1．2．2 MST的工作原理

1．2．3 MST技术的应用

1．4 本课题的提出及研究内容

第二章 碳量子点的合成与表征

2．1 引言

2．2 水热法原理

2．3 碳量子点的合成

2．3．1 实验材料与试剂

2．3．2 碳量子点的合成

2．3．3 碳量子点的表征实验

2．3．4 碳量子点的荧光量子产率

2．3．5 碳量子点光稳定性及荧光寿命的表征

2．4 结果分析与讨论

2．4．1 TEM结果分析与讨论

2．4．2 FF-IR结果分析与讨论

2．4．3 XPS测试结果与分析

2．4．4 光谱结果分析与讨

2．4．6 光稳定性和荧光寿命结果分析与讨论

2．5 本章小结

第三章 碳量子点与脱氧核酸分子相互作用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料及设备

3．2．2 碳量子点与dNTP的MST测试

3．2．3 碳量子点与ssDNA和dsDNA的MST测试

3．2．4 碳量子点与dNTP的紫外-可见光谱测试

3．2．5 碳量子点与DNA的紫外-可见光谱测试

3．3 实验结果分析与讨论

3．3．1 凝胶电泳表征dsDNA

3．3．2 碳量子点与dNTP的MST测试结果分析与讨论

3．3．3 碳量子点与dNTP的UV测试结果分析与讨论

3．3．4 碳量子点与DNA的MST测试结果分析与讨论

3．3．4 碳量子点与DNA的UV测试结果分析与讨论

3．本章小结

第四章 碳量子点与氨基酸及F3肽分子的相互作用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料及实验仪器

4．2．2 碳量子点与氨基酸的MST测试

4．2．3 碳量子点与氨基酸的UV测试

4．2．4 碳量子点与F3肽的MST测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 精氨酸与碳量子点的MST测试与UV测试结果分析与讨论

4．3．2 组氨酸与碳量子点的MST测试与UV测试结果分析与讨论

4．3．3 甘氨酸与碳量子点的MST测试与UV测试结果分析与讨论

4．3．4 F3肽与碳量子点的MST测试结果与分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的项目

攻读硕士期间发表的论文