荧光碳纳米材料的合成及在光敏传感与细胞成像中的应用研究

摘要

碳类量子点(Carbon-based Quantum Dots， CQDs)作为一种新型的荧光碳纳米材料，因其具备良好的光学特性、电学性质和生物性质，能够很好的应用于光电设备、传感器、生物成像及生化分析领域。事实上，在生物领域，常用传统的有机染料作为标记试剂对细胞和生物分子进行染色或修饰标记进行细胞和分子鉴别与测量;而在光电设备及传感器方面也是半导体量子点研究的更多并且更透彻。然而，这类传统有机染料往往因为荧光寿命短、生物相容性差、易光分解且分解产物通常有毒有害、难以进行多色同时标记等不足限制了其在生化分析方面的应用;而半导体量子点往往含有重金属元素，难免阻碍了它在传感器和光电设备方面的发展。与传统有机染料和半导体量子点比较而言，CQDs作为一种新型荧光标记试剂，避免了以上种种不足并且以其良好的生物相容性、高效且稳定的荧光强度、窄且对称的发射峰等优势引起了新的研究热潮。
　　本文主要开展了基于热解不同前驱体合成CQDs并研究其光学性质及应用的工作。主要内容如下:
　　(1)利用链霉素作为前驱体通过水热合成方法制备得到一种氮掺杂CQDs。得到的CQDs化学性质稳定、尺寸均一、细胞毒性低，并且具有较好的细胞成像能力。
　　(2)通过一步法固相热处理谷胱甘肽制备得到氮硫共掺杂CQDs。此方法简单、绿色，合成得到的CQDs具备尺寸均一、荧光性能好且稳定等优点。以此CQDs为荧光探针，可以实现Hg2+的高灵敏性和高选择性检测。
　　(3)利用过硫酸铵、葡萄糖和乙二胺作为前驱体通过热处理的方法合成得到了氮硫共掺杂CQDs。相比于空白的CQDs，这种CQDs不仅显示了很好的荧光特性以及较高的量子产率，同时具有规则的形貌和优良的化学稳定性。以此氮硫共掺杂CQDs作为探针，可以实现甲氨蝶呤的高灵敏性和高选择性检测，并且可以对实际样品中的甲氨蝶呤进行检测。
　　(4)通过热解柠檬酸和硫脲混合物制备得到一种氧硫共掺杂的石墨相氮化CQDs。这种氮化CQDs显示了很好的荧光性能，其中量子产率为14.5％。此外，以此CQDs为荧光探针可以实现Hg2+的高灵敏性和高选择性检测，且具备较好的细胞成像能力。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 荧光碳纳米材料概述

1．2 荧光碳纳米材料的研究进展

1．2．1 碳量子点的制备

1．2．2 碳量子点的性质

1．2．3 碳量子点的应用

1．3 本论文的选题意义及研究内容

第二章 氮掺杂碳量子点的合成及其生物成像研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 光学性质表征

2．3．2 形貌表征

2．3．3 结构表征

2．3．4 细胞毒性与细胞成像

2．4 本章小结

第三章 无溶剂法合成硫氮共掺杂荧光碳纳米粒子及高灵敏高选择性检测汞离子

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 光学性质表征

3．3．2 形貌表征

3．3．3 结构表征

3．3．4 碳量子点对金属离子的选择性检测

3．3．5 碳量子点对金属离子的灵敏性检测

3．4 本章小结

第四章 氮硫掺杂荧光碳量子点的合成及其荧光能量共振转移识别甲氨蝶呤

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 光学性质表征

4．3．2 形貌表征

4．3．3 结构表征

4．3．4 检测条件的优化

4．3．5 碳量子点对药物的选择性检测

4．3．6 碳量子点对药物的灵敏性检测

4．3．7 检测人体血清中的MTX

4．4 本章小结

第五章 氧硫掺杂石墨相氮化碳量子点的合成及其在汞离子检测与生物成像方面的应用

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 光学性质表征

5．3．2 形貌表征

5．3．3 结构表征

5．3．4 碳量子点对金属离子的选择性检测

5．3．5 碳量子点对汞离子的灵敏性检测

5．3．6 细胞毒性与细胞成像

5．4 本章小结

参考文献

攻读学位期间发表的科研成果

致谢

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