【摘要】：黑磷是一種新型二維材料,由于其獨特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),在近幾年受到了廣泛的關(guān)注。從2014年至今,在光電子領(lǐng)域,黑磷已經(jīng)被成功地應(yīng)用于光電探測器、光電池、場效應(yīng)晶體管和傳感器等器件中。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,由于黑磷具有高度生物兼容性,可用于癌癥的光熱治療、光動力治療、光聲成像以及載藥等。基于此背景,本文研究了:1.特定尺寸的黑磷納米顆粒(Black Phosphorus Nano-particles,BPNPs)的制備方法及其表征。本文利用改良的液相剝離法制備出了橫向尺寸約為35±5 nm,縱向尺寸約為6±1.5 nm的BPNPs,并用透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)及拉曼光譜對其進(jìn)行了表征。2.BPNPs表面包裹介孔二氧化硅的方法。本文首次提出了一種在BPNPs表面均勻包裹一層厚度為8-11 nm的介孔二氧化硅(BPNPs@mSiO_2)的方法。用介孔二氧化硅包裹BPNPs有三大作用:提高BPNPs的分散性,防止納米顆粒團(tuán)聚在一起;保護(hù)BPNPs,減緩其被氧化的速度;延長BPNPs的光致發(fā)光壽命。3.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的生物毒性及細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定性。此研究利用MTS方法,測試了不同濃度梯度的BPNPs和BPNPs@m SiO_2在不同時間段對不同細(xì)胞生存率造成的影響。實驗結(jié)果說明BPNPs和BPNPs@m SiO_2在50 g/m L的劑量范圍內(nèi)無明顯細(xì)胞毒性。通過拉曼成像,測定了細(xì)胞內(nèi)BPNPs的拉曼光譜,并與純材料的拉曼光譜進(jìn)行了比較,證明了BPNPs在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定性。4.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的光致發(fā)光(Photoluminescence,PL)性能。本文制備出的特定尺寸的BPNPs和BPNPs@m SiO_2在532 nm激光輻照下,可以產(chǎn)生較強(qiáng)的PL發(fā)射,峰值在690 nm,對應(yīng)能帶為1.8 e V。這一特殊的PL發(fā)射峰值是由材料的橫向尺寸和厚度決定的,在文獻(xiàn)中未見報道。利用此PL性能,我們對細(xì)胞進(jìn)行了成像研究,發(fā)現(xiàn)制備的BPNPs可以很好地用于細(xì)胞成像。5.BPNPs和BPNPs@mSiO_2的光致發(fā)光壽命(Photoluminescence lifetime,PLT)。利用時間相關(guān)單光子計數(shù)的方法,首次研究了材料的PLT,測得BPNPs的PLT為110.5 ps。包裹介孔二氧化硅后BPNPs的PLT延長到了267 ps。BPNPs在細(xì)胞內(nèi)的PLT明顯高于純材料的PLT。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)p H、離子強(qiáng)度及溶液中的蛋白質(zhì)會影響B(tài)PNPs的PLT。這一現(xiàn)象說明了微環(huán)境的改變會影響B(tài)PNPs的PLT。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有重大意義,因為癌細(xì)胞內(nèi)的微環(huán)境和正常細(xì)胞有很大的區(qū)別(p H、離子濃度、氧化還原狀態(tài)等),基于此,BPNPs在作為探針區(qū)分不同種類的癌細(xì)胞方面有著很好的應(yīng)用潛力。6.本論文還探索了利用BPNPs應(yīng)用于雙光子成像和光聲成像的可能性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)BPNPs可以用于細(xì)胞的雙光子成像,在動物的雙光子成像研究中獲得了初步的結(jié)果。另外,實驗結(jié)果顯示BPNPs具有很好的光聲信號,而且m SiO_2包裹能大幅度提高BPNPs的光聲信號。黑磷是一種新興的二維材料,研究探索其新的光學(xué)性能,將有利于發(fā)現(xiàn)其更多的未知性能并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。本論文以少層黑磷的光學(xué)性能為核心,探究了其在光學(xué)成像中的應(yīng)用。大多數(shù)的生物成像造影劑由于其細(xì)胞毒性通常用于固定后的細(xì)胞染色,因此無法觀察活細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)生物節(jié)奏。黑磷作為一種具有高度生物兼容性的安全材料,是一種理想的用于活細(xì)胞成像的生物成像造影劑。本文深入研究和探討了黑磷在各種不同生物成像中的成像原理及優(yōu)勢,并就其目前面臨的易降解這一挑戰(zhàn)提出了一種介孔二氧化硅包覆的解決方法。本文為黑磷在生物成像中的應(yīng)用打下了重要的基礎(chǔ),并為實現(xiàn)基于黑磷的多功能生物聯(lián)合應(yīng)用平臺展開了新的視角。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TP212
【圖文】：

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2.金屬催化劑法：（1）白磷在加溫不加壓的條件下，用汞作催化劑，加小磷作為晶種，通過加熱可以得到鋼灰色的同素異形體黑磷[6]；或是液體鉍作化劑也可以制備得到[7]。（2）用紅磷制備得到黑磷，在某些金屬（金 Au，n 等）的催化下，加熱紅磷可以轉(zhuǎn)變?yōu)楹诹譡8, 9]。另外，利用二碘化錫作為催，對紅磷進(jìn)行兩步高溫法也能得到黑磷晶體[10]。3.高能球磨法[11]：在常溫常壓下對紅磷進(jìn)行高能球磨，能得到粉末狀的黑磷磷非常不穩(wěn)定，在球磨時產(chǎn)生熱轉(zhuǎn)化為紅磷而無法產(chǎn)生黑磷，因此白磷不適高能球磨法制備黑磷。高能球磨法簡單易操作，但是此法得到的粉末狀黑磷在高溫高壓法下得到的片狀黑磷結(jié)晶度高。(a) (b)

圖 1-2 液相剝離法制備黑磷烯納米材料示意圖：（a）液相剝離法流程示意圖；（b）液相剝離法原理示意圖[16, 17]Figure 1-2 Preparation of black phosphorus nano-materials via liquid phase exfoliation：（a）Flowchart of preparing black phosphorus nano-materials via liquid phase exfoliation;（b）Schematic diagram of liquid phase exfoliation液相剝離法[17, 18]相比于機(jī)械剝離法的出產(chǎn)率要高一些，但是質(zhì)量控制比較困難，尤其是尺寸的把握。不同于大多數(shù)光電子器件中用機(jī)械剝離法得到的黑磷，在生物醫(yī)學(xué)中，黑磷一般情況下都是用液相剝離法制備得到的。步驟為：取黑磷晶體適量研磨成為小顆粒，懸浮在適量有機(jī)溶劑中，將懸浮有黑磷晶體的有機(jī)溶劑分散液在冰浴探針式超聲下進(jìn)行超聲，為了防止產(chǎn)生過多的熱，將超聲機(jī)調(diào)制到間隔超聲模式，超聲 0.5 h 即可。探針超聲結(jié)束后，再對懸浮有黑磷晶體的有機(jī)溶劑分散液進(jìn)行冰水浴超聲 6-9 小時，為了防止產(chǎn)生過多的熱，隔 0.5h 換一次冰。超聲結(jié)束后，用離心機(jī)進(jìn)行離心，即可收集到懸浮在有機(jī)溶劑中的黑磷納米

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 朱弋;楊舒波;潘文榮;王斌;;評價B超診斷圖像質(zhì)量的指標(biāo)綜述[J];中國醫(yī)學(xué)裝備;2007年07期

本文編號：2724032