氮摻雜多功能碳點(diǎn)的構(gòu)筑及分析應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-09-29 20:34

　　碳點(diǎn)作為碳家族中的重要成員,因其在光致發(fā)光特性、生物相容性、催化活性、電子特性等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用在化學(xué)或環(huán)境檢測(cè)、生物傳感、疾病診療、光催化、光電器件等多學(xué)科領(lǐng)域。碳點(diǎn)中雜原子的摻雜作為制備功能化碳點(diǎn)的一種可行性策略,能夠有效地調(diào)節(jié)碳點(diǎn)的固有性質(zhì),為開發(fā)碳點(diǎn)的應(yīng)用提供了新途徑。因此,對(duì)雜原子摻雜碳點(diǎn)性質(zhì)及其應(yīng)用的研究日益增多。本論文設(shè)計(jì)制備了三種性質(zhì)優(yōu)異的氮摻雜多功能碳點(diǎn),對(duì)其性能進(jìn)行了分析研究,并將其應(yīng)用于金屬離子、氨基酸、抗生素和環(huán)境污染物的分析檢測(cè)、細(xì)胞成像以及質(zhì)譜基質(zhì)的開發(fā)等方面。主要內(nèi)容包括:第一章:對(duì)碳點(diǎn)的研究及應(yīng)用進(jìn)行了綜述。首先概述了碳點(diǎn)的發(fā)光性能及摻雜碳點(diǎn)的分類及性質(zhì),特別是氮摻雜對(duì)調(diào)節(jié)碳點(diǎn)性質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。其次,較為詳盡地總結(jié)了碳點(diǎn)作為分析檢測(cè)平臺(tái)的研究進(jìn)展。重點(diǎn)圍繞碳點(diǎn)在熒光傳感器、生物成像、藥物載體和光學(xué)診療等光譜分析方面的研究及應(yīng)用進(jìn)行綜述。第二章:以DL-蘋果酸為碳源,乙醇胺為氮源,采用一步微波熱解法制備了氮摻雜碳點(diǎn)(N-CDs)。對(duì)其形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明N-CDs具有良好的水溶性、熒光穩(wěn)定性、生物相容性和低毒性,可應(yīng)用于多色細(xì)胞成像。此外,基于Fe~(3+)對(duì)于N-CDs熒光的動(dòng)態(tài)猝滅,構(gòu)建了具有高選擇性和靈敏度的Fe~(3+)熒光傳感器,其線性范圍為6.0-200μM,檢出限為0.80μM。第三章:采用一步微波熱解法制備了一種藍(lán)色熒光氮摻雜碳點(diǎn)(CNDs)。由于精氨酸(Arg)與CNDs表面結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的相互作用,導(dǎo)致CNDs的熒光猝滅,在加入Cu~(2+)后,CNDs熒光恢復(fù)。與此同時(shí),該過(guò)程表現(xiàn)出明顯的顏色變化(黃-粉-淡黃)。因此,構(gòu)建了CNDs熒光比色雙模式傳感器用于對(duì)Arg和Cu~(2+)的順序檢測(cè)。對(duì)于Arg和Cu~(2+)檢出限分別為0.26μM和0.17μM。探究了CNDs在細(xì)胞成像中的應(yīng)用。此外,基于CNDs熒光變化的過(guò)程設(shè)計(jì)了“AND”邏輯門。該傳感器的可視化檢測(cè)性質(zhì)相比單一熒光檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì)。第四章:以鄰苯二胺(o-PD)和4-氨基丁酸(GABA)為原料,經(jīng)過(guò)一步水熱法制備了具有光學(xué)性能穩(wěn)定、生物相容性好和毒性低的黃色熒光氮摻雜碳點(diǎn)(Y-CDs)。由于氟喹諾酮類抗生素(FQs)與Y-CDs之間存在特定的相互作用,無(wú)需在碳點(diǎn)表面修飾額外的標(biāo)記物,即可引起Y-CDs的熒光發(fā)生靜態(tài)猝滅。而引入組氨酸(His)后,碳點(diǎn)熒光被恢復(fù)。因此,設(shè)計(jì)了一種基于Y-CDs的開關(guān)型多功能熒光傳感器用于FQs和His的檢測(cè)。該多功能傳感平臺(tái)對(duì)三種FQs和His均具有較高的靈敏度和選擇性,檢出限分別為17-67 nM和35 nM。利用這些優(yōu)異的特性,成功地將Y-CDs用于抗生素片、乳制品等實(shí)際樣品中FQs的檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上也拓展了Y-CDs在細(xì)胞成像中的應(yīng)用。這表明該傳感器在生物分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有良好的應(yīng)用前景。第五章:由于第二章制備的氮摻雜碳點(diǎn)(N-CDs)具有良好的紫外吸收能力和溶解性,是一種優(yōu)良的基質(zhì)材料。因此,以N-CDs為基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜法(MALDI-TOF MS)的基質(zhì),建立了在負(fù)離子模式下對(duì)環(huán)境污染物羥基多環(huán)芳烴(OH-PAHs)的檢測(cè)方法。研究證明:由于N-CDs的π共軛芳香環(huán)結(jié)構(gòu)和多種含氮結(jié)構(gòu)有利于能量的吸收的傳遞,以其為基質(zhì)的質(zhì)譜圖無(wú)背景干擾,可以用于小分子化合物OH-PAHs的檢測(cè)。并且該方法重現(xiàn)性好,靈敏度高,可以用于PM_(2.5)實(shí)際樣品中OH-PAHs的分析。結(jié)果表明PM_(2.5)樣品中三種OH-PAHs的質(zhì)量濃度分別為:羥基芘(0.125-0.136 ng/m~3),二羥基蒽醌(0.039-0.052 ng/m~3)和二羥基苯并芘(0.053-0.072 ng/m~3)。該工作不僅拓展了N-CDs的新應(yīng)用,也為MALDI-TOF MS在小分子化合物檢測(cè)方面提供了良好的候選基質(zhì)材料。
【學(xué)位單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TB383.1
【部分圖文】：