聚合物量子点与碳量子点制备及其作为荧光探针的应用研究

摘要

目前，半导体聚合物量子点作为纳米材料家族的一员已经引起了极大的关注。相较于传统的染料小分子和无机量子点(QDs)，半导体聚合物量子点(Pdots)有极强的荧光亮度，快速稳定的发射率，优良的光稳定性，无细胞毒性等特点。近年来，在细胞标记、活体成像，单粒子追踪生物检测和药物运载等方面的研究中得到了非常广泛的应用。
　　除此之外，碳量子点(C-dots)作为碳纳米家族中的一员，近些年也吸引了广大科研工作者的关注。它的优良特性不仅包括良好的水溶性、较高的量子产率、较强的荧光稳定性、可调控的激发和发射波长、对环境友好，而且还具备低细胞毒性以及良好的生物相容性。这些性质为碳量子点逐步取代传统量子点成为光学成像和生物医学领域的环境友好型荧光纳米材料创造了得天独厚的条件。
　　基于以上理论，本文研究了以聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]为前驱体制备MEH-PPV聚合物量子点的方法及其荧光性质;以天然产物土豆为碳源制备了高荧光亮度的碳量子点，探讨了其作为探针对金属离子的传感分析;并在成功制备碳量子点的基础上，初步探讨了其细胞成像性能和生物毒性。本文的研究工作主要包括以下两个部分:
　　(1)以聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]为前驱体，通过溶剂转换法成功制备了均匀分散在水溶液中的荧光聚合物量子点(Pdots)，量子产率高达32.37％。探索了不同溶剂以及pH、NaCl溶液浓度、光漂白性质、不同金属离子对聚合物量子点荧光的影响。基于铁离子对该量子点荧光的猝灭效应，可将其用于铁离子的选择性识别。将合成的聚合物量子点用于细胞成像和生物毒性试验，结果显示该量子点成功标记了细胞质，并具有较好的生物相容性和较低的生物毒性。
　　(2)采用天然产物土豆作为碳源，通过低成本、绿色环保、简便有效的方法合成量子产率高、粒子尺寸均匀、分散性好的碳量子点(C-dots)，量子产率为15％。合成的碳量子点经323 nm紫外光激发下发发射波长为405nm的蓝色荧光。探索了不同实验条件对碳量子点发光性质的影响，发现其具有较强的光稳定性。Fe3+对该碳量子点的荧光有显著的猝灭效应，遂将碳量子点作为纳米荧光探针检测了湖水中Fe3+含量，线性范围为1.0～50.0μmol/L，在低浓度区1.0～5.0μmol/L，线性方程为:y=0.002+0.018×c，高浓度区5.0～50.0μmol/L，线性方程为:y=0.04+0.008×c检出限为0.025μmol/L，加入回收率为93.7～101.5％。该碳量子点对Fe3+的高灵敏度选择性为Fe3+检测提供了有效的工具。
　　基于碳量子点的Fe3+猝灭效应，初步探讨了可能的荧光猝灭机理。通过实验研究发现，PO43-能有效地使猝灭的荧光逐渐恢复。分析其荧光强度的变化可归因为Fe3+脱离原本与碳量子点形成的络合物，而与PO43-之间形成了更为稳定的络合物。这一特性为碳量子点在人血清中ATP的水平检测提供了很好的选择。通过MTT法研究检测将该碳量子点的细胞毒性，发现其对Hela细胞的毒性影响很小，并具有良好的生物相容性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 荧光分析技术简介

1．2 聚合物量子点的定义、性质、制备与应用

1．2．1 聚合物量子点的定义

1．2．2 聚合物量子点的基本性质

1．2．3 聚合物量子点的制备方法

1．2．4 聚合物量子点在生物分析中的应用

1．3 碳量子点的定义、性质、制备与应用

1．3．1 碳量子点的定义

1．3．2 碳量子点的制备方法

1．3．3 碳量子点的基本性质

1．3．4 碳量子点的应用

1．4 小结

1．5 本课题的主要研究内容

参考文献

第二章 半导体聚合物量子点的合成及其应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．3 实验结果和讨论

2．3．1 Pdots的透射电镜图

2．3．2 Pdots的红外光谱图

2．3．3 Pdots的光谱图

2．3．4 不同溶剂对Pdots的影响

2．3．5 pH和离子强度对Pdots的影响

2．3．6 光照对Pdots的影响

2．3．7 不同金属离子对Pdots的影响

2．3．8 Fe3+对Pdots的猝灭作用

2．3．9 不同浓度Pdots对细胞活性的影响

2．3．10 细胞成像

2．4 本章小结

参考文献

第三章 碳量子点的制备及其在Fe3+、PO43-的检测与在细胞标记中的应用研究

3．1 引言

3．2 实验材料及方法

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果和讨论

3．3．1 CDs的透射电镜图

3．3．2 CDs的FT-IR光谱图

3．3．3 CDs的X射线光电子能谱图

3．3．4 CDs的荧光-紫外光谱

3．3．5 pH和离子强度对CDs荧光发射的影响

3．3．6 光照时间对CDs荧光发射的影响

3．3．7 不同金属离子对CDs荧光发射的影响

3．3．8 Fe3+对CDs荧光的猝灭作用

3．3．9 实际水样中Fe3+的检测

3．3．10 Fe3+对CDs荧光猝灭的机理

3．3．11 PO43-对恢复CDs-Fe3+体系的荧光作用探究

3．3．12 不同浓度CDs的细胞毒性研究

3．3．13 CDs在细胞成像中的应用

3．4 本章小结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学位论文

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