磁性荧光纳米复合材料的制备与表征

摘要

随着纳米科技的飞速发展，单一功能的纳米材料已经不能满足生物医学方面的需求。磁性荧光纳米复合材料既具有磁性又具备荧光性能，能够解决单一荧光标记物在标记后无法分离的难题，有望在生物、医学、化学等的交叉领域中有出色的表现。所以，将荧光量子点和磁性纳米材料的结合有着重要的实际意义。其中，荧光材料的选择及其与磁性材料的连接方式成为磁性荧光纳米复合材料研究的重点。碳量子点(CQDs)具有极高的荧光强度和稳定性，并且相比较传统的半导体量子点还具备天然的生物相容性和环境友好性，可以广泛应用于生命科学领域。本文探讨了碳量子点CQDs制各及其优化，制各了磁性纳米粒子Fe3O4并且对其进行表面官能团修饰，再分别和CdSe、CQDs两种量子点在吸附、氢键和键合的作用下连接，得到了两种磁性荧光纳米复合材料，并对产物进行一系列的表征。
　　(1)分别通过油浴和高压反应釜设备制备碳量子点，从红外结构、荧光发光强度和稳定性三个方面比较CQDs的性质，结果表明高压反应釜制备的碳量子点性能较优越。将高压反应釜制备的碳量子点进行氨基化，探讨氮源种类、氮源的加入量、氮源加入顺序、反应温度和反应时间对其荧光性能的影响。通过荧光显微镜和透射电镜表征，发现两者分散性良好、发光性能优异，粒径均一，其中氨基化碳量子点荧光发光效果更好、量子产率更高，因此应用空间更为广泛。(2)用阿伦膦酸钠修饰Fe3O4，并进一步用氨丁三醇(Tris)改性。3-巯基丙酸修饰CdSe，并且在量子点表面引入大量的羧基，从而又可作为联结剂和保护剂，与表面富含羟基的Fe3O4颗粒发生脱水缩合反应，制备出Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe磁性荧光双功能复合材料。对所得的两种复合产物进行一系列表征，结果表明:Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe颗粒同时具备超顺磁性和荧光性能，其中Tris改性后的复合纳米粒子的荧光强度明显增强，但是受Fe3O4淬灭作用的影响，Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe的荧光量子产率都较低，还需要进一步的改进。
　　(3)采用壳聚糖(CS)包覆Fe3O4，通过摇床反应连接碳量子点，成功制得磁性荧光双功能纳米微粒Fe3O4/CS@CQDs。结合荧光显微镜、TEM、VSM等表征手段，可以发现上述纳米复合物具有良好的相对荧光强度及磁响应性，粒径均一，分散性良好。这种碳量子点磁性纳米材料无毒且生物相容性高，可以取代半导体量子点磁性纳米材料并广泛应用于药物分离、可视化、靶向治疗等生命科学领域。
　　(4)以聚多巴胺(PDA)修饰Fe3O4，聚多巴胺包覆Fe3O4并引入氨基，不仅增强了Fe3O4纳米粒子的分散性及生物相容性，且首次作为联结剂使Fe3O4纳米粒子与碳量子点连接，制得一种无毒性的碳量子点磁性纳米材料Fe3O4/PDA@CQDs。通过红外、XRD、TEM、VSM、荧光分光光度计及荧光显微镜等对所合成的磁性荧光纳米微粒进行结构和性能的表征。结果表明，Fe3O4/PDA@CQDs粒径均匀且分散性好，荧光性能优异，磁感应性良好。这种碳量子点磁性纳米材料可以取代传统的半导体量子点磁性纳米材料，并且在生物学、材料学、医学等方面得以广泛应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米磁性材料

1．1．1 纳米磁性材料的特征和应用前景

1．1．2 纳米磁性材料的制备

1．1．3 纳米磁性材料的表面修饰

1．1．4 纳米磁性复合材料

1．2 半导体量子点概述

1．2．1 半导体量子点的发光特性

1．2．2 半导体量子点的合成

1．2．3 半导体量子点在生物医学领域的应用

1．3 碳量子点概述

1．3．1 碳量子点的发展历史

1．3．2 碳量子点的光学特性

1．3．3 碳量子点的合成

1．3．4 碳量子点的生物相容性和低细胞毒性

1．3．5 碳量子点的应用

1．4 磁性荧光纳米复合材料

1．4．1 磁性荧光纳米复合材料的制备方法

1．4．2 磁性荧光纳米复合材料的应用前景

1．5 论文课题的研究意义和主要工作

第二章 碳量子点的制备与表征

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 碳量子点的合成

2．3．1 油浴法制备碳量子点

2．3．2 高压反应釜制备碳量子点

2．3．3 氨基化碳量子点的合成

2．4 量子点的表征和分析

2．4．1 碳量子点表征

2．4．2 氨基化碳量子点合成探讨

2．4．3 碳量子点和氨基化碳量子点比较

2．5 本章小结

第三章 半导体量子点磁性荧光纳米复合材料的制备与表征

3．1 序言

3．2 试剂与仪器

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．3 Fe3O4纳米颗粒的修饰

3．3．1 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备

3．3．2 Fe3O4／Alendronate和Fe3O4／Alendronate／Tris的制备

3．3．3 CdSe量子点的制备

3．3．4 磁性荧光双功能纳米材料的合成

3．4 结果与讨论

3．4．1 红外光谱(FTIR)分析

3．4．2 XRD分析

3．4．3 荧光分光光度计表征

3．4．4 量子产率计算

3．4．5 磁性能分析

3．4．6 荧光显微镜

3．4．7 透射电镜表征

3．5 本章小结

第四章 磁性荧光纳米复合材料Fe3O4／CS@CQDs的制备与表征

4．1 前言

4．2 试剂与仪器

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．3 Fe3O4／CS@CQDs纳米颗粒的制备

4．3．1 Fe3O4纳米颗粒的制备

4．3．2 Fe3O4／CS纳米粒子的合成

4．3．3 碳量子点的制备

4．3．4 Fe3O4／CS@CQDs纳米粒子的制备

4．4 结果与讨论

4．4．1 pH值对Fe3O4／CS磁响应性的影响

4．4．2 Fe3O4固含量对Fe3O4／CS磁响应性的影响

4．4．3 超声时间对Fe3O4／CS磁响应性的影响

4．4．4 红外光谱(FTIR)分析

4．4．5 XRD分析

4．4．6 荧光分光光度计表征

4．4．7 量子产率计算

4．4．8 磁性能分析

4．4．9 荧光显微镜表征

4．4．10 透射电镜(TEM)分析

4．5 本章小结

第五章 磁性荧光纳米复合材料Fe3O4／PDA@CQDs的制备与表征

5．1 引言

5．2 试剂与仪器

5．2．1 实验药品

5．2．2 实验仪器

5．3 Fe3O4／PDA@CQDs的制备及其性能研究

5．3．1 PDA修饰Fe3O4磁性纳米颗粒

5．3．2 碳量子点的制备

5．3．3 Fe3O4／PDA@CQDs纳米粒子的制备

5．4 结果与讨论

5．4．1 红外光谱(FTIR)分析

5．4．2 XRD分析

5．4．3 荧光分光光度计表征

5．4．4 量子产率计算

5．4．5 磁性能分析

5．4．6 荧光显微镜表征

5．4．7 透射电镜(TEM)分析

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简历