基于罗丹明B衍生物/碳纳米点的荧光传感器制备与性能研究

摘要

近年来对具有重要生物和环境作用的物质，如汞离子(Hg2+)、L-半胱氨酸(L-Cys)和三硝基苯酚(TNP)等进行识别与检测已成为化学传感领域的研究重点。荧光光谱法具有的操作简单、检测限较低，且可以实现实时检测等优点使其成为优异的检测方法。其中，罗丹明类荧光探针由于具有良好的光物理性质而倍受关注。碳点，作为一种新型荧光碳纳米材料，能够克服传统荧光传感器水溶性较差的缺点，并且具有良好的生物相容性，被广泛应用于生物成像及检测领域。本文围绕着荧光化学传感器的设计、制备及性能等方面，进行了如下探索及改善工作:
　　1，本实验制备了罗丹明酰肼衍生物和磁性壳聚糖微球，在此基础上，合成了具有核-壳结构的罗丹明内酰胺螺环结构修饰的荧光磁性吸附剂Rho-MCS。傅立叶变换红外光谱(FT-IR)以及热失重分析(TGA)测试表明罗丹明衍生物成功地负载到了壳聚糖微球上。Rho-MCS作为可肉眼识别的比色及荧光“turn-on”型汞离子探针，最低定量检测限可达到15 nM。此外探究了pH、温度、反应时间和Hg2+初始浓度等因素对Rho-MCS吸附性能的影响。结果表明在室温及中性条件下反应2h，Rho-MCS对汞离子具有较高的吸附容量(337 mg·g-1)、优异的清除性能(97％)及较高的可重复利用率。
　　2，对蔗糖的磷酸溶液进行水热处理，得到量子产率为21.8％的水溶性荧光碳点CD1。它作为一种纳米传感器，能够简单快速地实现TNP敏感选择性的检测。实验结果发现，CD1可在0.2-17.0μM的线性范围内实现TNP的定量检测，检测限低至16.9 nM。真实水样中的加标检测结果进一步验证了碳点在检测TNP方面的实际应用潜力。碳点的水溶液可替代传统的染料被成功用于大肠杆菌的标记和细胞成像。
　　3，分别以柠檬酸和缩二脲为碳源和氮源，通过微波法合成了荧光碳点CD2，并作为快速检测Hg2+和L-Cys的免标记荧光生物传感器。测试结果表明:在最佳条件下，碳点对Hg2+具有较宽的线性检测范围(2-22μM)，检测限低至0.017μM。同样的，在2～20μM的浓度范围内，相对荧光强度与L-Cys的浓度呈现良好的线性关系。此外还发现，基于CD2的荧光传感器可实现令人满意的NIH-3T3细胞荧光成像。
　　4，通过共价键的作用将烟酸衍生物嫁接到碳点CD2表面合成了纳米材料CDs-niacin，其可作为荧光探针用于水分子的选择性检测。水分子与CDs-niacin间可形成光诱导电子转移效应，使系统的荧光发生猝灭。此外，CDs-niacin具有较高的细胞膜亲和力，能够成功地用于活体细胞的荧光成像。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 荧光传感器的定义

1．3 荧光传感器的组成

1．4 荧光化学传感器的识别机理

1．4．1 光致诱导电子转移

1．4．2 分子内电荷转移

1．4．3 荧光共振能量转移

1．4．4 激基缔合物或激基复合物形成

1．4．5 不可逆反应型传感器

1．5 罗丹明染料在化学传感器中的应用

1．5．1 阳离子的检测识别

1．5．2 阴离子的检测识别

1．5．3 pH的监测

1．5．4 活性氮及氧的检测

1．6 碳点在化学传感器中的应用

1．6．1 碳点的制备

1．6．2 碳点的荧光应用

1．7 本论文研究的背景和主要工作

第二章 罗丹明内酰胺螺环修饰的磁性核-壳结构壳聚糖微球用于汞离子的富集及荧光检测

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验所用的主要仪器及试剂

2．2．2 罗丹明内酰胺螺环修饰的磁性核-壳结构壳聚糖微球(Rho—MCS)的合成

2．2．3 实验测定方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 荧光磁性吸附剂Rho-MCS的表征

2．3．2 Rho-MCS的荧光特性

2．3．3 Rho-MCS对Hg2+的吸附性能

2．4 本章小结

第三章 磷掺杂的碳点作为纳米传感器用于痕量2，4，6-三硝基苯酚的检测及荧光染色剂用于生物成像

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验中所用主要仪器和试剂

3．2．2 碳点的合成

3．2．3 实验测定方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 碳点的表征

3．3．2 荧光选择性检测TNP及荧光响应机理

3．3．3 碳点的实际应用

3．4 本章结论

第四章 碳点作为纳米荧光传感器通过荧光的“Off-On”变化用于Hg2+和L-半胱氨酸的检测

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验中所用主要仪器和试剂

4．2．2 碳点的合成

4．2．3 实验测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 CD2的表征

4．3．2 荧光检测Hg2+

4．3．3 CD2对L-Cys的荧光响应

4．3．4 CD2对细胞中Hg2+和L-Cys的荧光成像

4．4 本章结论

第五章 烟酸功能化的碳点作为纳米传感器用于含水乙醇中水含量的测定及生物成像

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验中所用主要仪器和试剂

5．2．2 荧光纳米材料CDs-niacin的合成

5．2．3 实验测试方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 碳点的表征

5．3．2 CDs-niacin对水的检测

5．3．3 细胞成像

5．4 本章结论

第六章 结论

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢