氮掺杂荧光碳点的新合成方法及应用研究

摘要

本文主要研究了如何使用酸碱中和法制备碳点，碳点的表面功能化，以及在生物传感、成像方面的潜在应用。主要内容包括：第一部分：介绍了碳点的主要合成方法，对碳点的物理化学性质、合成方法和潜在应用进行综述，简单介绍了本论文的选题意义和创新性。第二部分：酸碱中和法制备碳点的实验研究和斑马鱼成像的应用。以葡萄糖为前体，使用乙二胺和磷酸反应放出的热量碳化葡萄糖，一步法制备氮掺杂的蓝色荧光碳点。本实验对酸碱中和法的比例和酸碱类型进行优化，得到最佳的制备条件，相对于传统的碳点制备方法，酸碱中和法省时，无需仪器辅助，无需热源，产率高。通过对碳点进行TEM，UV，FL，XPS，XRD，DLS等表征，得到碳点的形貌、元素组成、结构等信息。该方法制备的碳点可直接用于斑马鱼体内成像，具有良好的生物相容性，较低的生物毒性，可作为荧光探针直接用于生物体内成像。第三部分：碳点的表面修饰、传感及其在斑马鱼胚胎的成像研究。酸碱中和法制备的碳点由于碳化不完全，碳点表面残留有大量的葡萄糖基团。通过硼酸化合物与顺式二羟基化合物之间的亲和作用，在碱性条件下将硼酸、苯硼酸修饰到碳点表面；通过非酶褐变反应，即还原糖类羰基化合物与氨基化合物之间的反应，将组氨酸修饰到碳点表面。两种修饰的碳点均表现出良好的生物相容性和低毒性，荧光得到增强，可用于斑马鱼胚胎成像，其中，硼酸修饰的碳点实现了斑马鱼胚胎绒毛膜的靶向作用。硼酸化合物修饰的碳点荧光出现1.78倍增强，在荧光被氧化石墨烯猝灭后可用卵清蛋白恢复，形成―turn-on传感模式来测定卵清蛋白浓度。

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第一章 绪论

第一节 引言

第二节 碳点的合成方法

1.2.1 电化学合成法

1.2.2 燃烧氧化法/溶剂热/水热合成法

1.2.3 支持合成法

1.2.4 微波/超声合成法

1.2.5 电弧放电法

1.2.6 激光烧蚀法

1.2.7 等离子体处理法

第三节 碳点的功能化

1.3.1 碳点的表面钝化

1.3.2 碳点的掺杂

第四节 碳点的应用

1.4.1 碳点在传感中的应用

1.4.2 碳点在成像中的应用

1.4.3 碳点的其他应用

第五节 本论文工作内容及意义

第二章 酸碱中和法制备碳点的实验研究及斑马鱼成像应用

第一节 引言

第二节 实验部分

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 实验内容

第三节 结果与讨论

2.3.1 碳点的制备和纯化

2.3.2 碳点的合成条件优化

2.3.3 碳点的表征

2.3.4 制备方法的通用性考察

2.3.5 碳点的稳定性考察

2.3.6 碳点在斑马鱼体内成像

第四节 本章小结

第三章 碳点的表面修饰、传感及其在斑马鱼胚胎的成像研究

第一节 引言

第二节 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.2 实验内容

第三节 结果与讨论

3.3.1 硼酸/苯硼酸和组氨酸在碳点表面的修饰

3.3.2 碳点、硼酸碳点、苯硼酸碳点、组氨酸碳点的荧光量子产率

3.3.3 硼酸碳点和苯硼酸碳点作为荧光探针用于卵清蛋白传感

3.3.4 硼酸碳点、苯硼酸碳点、组氨酸碳点用于斑马鱼胚胎成像

第四节 本章小结

参考文献

致谢

个人简介及硕士期间科研成果