熒光碳量子點（又稱碳點,Carbon dots,CDs）,是一種性能優(yōu)良的碳納米材料,具有獨特的發(fā)光性能,良好的生物相容性,低毒性和易于功能化等優(yōu)勢,被廣泛用于分析檢測、生物成像和藥物遞送等領域。在碳點中引入雜原子可以大大改善其光致發(fā)光性能,因此,摻雜的熒光碳點已成為化學及生物醫(yī)學等領域的熱門研究課題。本論文采用簡單的水熱法和酸堿中和放熱法制備了三種摻雜化熒光碳點,對其結(jié)構(gòu)和性能進行了研究,并基于這三種熒光碳點分別建立了對pH、小分子藥物苦味酸和金屬離子Fe³⁺的分析方法,并將其應用于細胞成像的研究。研究的主要內(nèi)容如下:第一章:首先概述了碳點的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì),并對其制備方法及摻雜修飾進行歸納總結(jié)。其次對碳點在分析檢測、藥物檢測、生物成像和藥物遞送等方面的應用研究進展進行了綜述。第二章:以對氨基苯磺酸和鄰苯二胺為前體,通過一步水熱法制備了氮硫共摻雜碳點（N,S-CDs）。N,S-CDs具有固有的pH敏感行為,并且隨著pH值的變化呈現(xiàn)出比率熒光發(fā)射(F_{563 nm}/F_{645 nm})特征。在pH為1-7的范圍內(nèi)具有良好的S非線... 

【文章來源】：山西大學山西省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（A）碳點的結(jié)構(gòu)示意圖[9,10]；（B）HCDs的合成及其用于載藥的示意圖[7]

摻雜化熒光碳點的制備及其分析應用21.2.2碳點的光學性質(zhì)及發(fā)光機理1.2.2.1碳點的光學性質(zhì)碳點由于獨特的結(jié)構(gòu)賦予了其眾多的優(yōu)良特性，其中光學性質(zhì)最為突出，主要有：紫外可見吸收性質(zhì)、光致發(fā)光性質(zhì)、上轉(zhuǎn)換熒光性質(zhì)和熒光穩(wěn)定性等。（1）紫外可見吸收性質(zhì)碳點通常在紫外區(qū)（230-320nm）具有很強的吸收特征峰（圖1.2），并且吸收范圍可延伸到可見光范圍[11,12]。碳點的最大吸收峰通常位于220-230nm范圍內(nèi)，這歸因于碳核中sp2雜化碳C=C的π-π*躍遷，而在270-300nm范圍內(nèi)的吸收峰大多數(shù)歸因于C=O鍵的n-π*躍遷所引起的[13,14]。另外，在一些長波長碳點的研究中，在400-600nm的吸收范圍內(nèi)會出現(xiàn)一些低能量吸收帶，這可能是由于碳點表面豐富的官能團所引起的[15]。采用不同方法和不同前體制備的碳點的紫外吸收會有所差異，并且通過表面修飾后吸收波長會發(fā)生位移或峰強的變化。圖1.2碳點的紫外可見吸收光譜圖[16]。Figure1.2UV-visabsorptionspectrumofCDs[16].（2）光致發(fā)光性質(zhì)光致發(fā)光是碳點最獨特的光學性質(zhì)之一。它是指碳點經(jīng)過外部光源的激發(fā)后獲得能量，發(fā)生能級躍遷從而發(fā)出熒光的現(xiàn)象[17]。不同的原料和方法制備出的碳點具有不同的光致發(fā)光，但大多具有相似的光學特性。由于碳點表面存在不同的表面缺陷，所以在不同激發(fā)波長下就會有不同位置的發(fā)射峰，顯示為激發(fā)依賴性，這種特性可以在多色生物成像中得到很好的應用（如圖1.3A）[17]。但也存在一些發(fā)射與激發(fā)無關(guān)的碳點，表現(xiàn)為激發(fā)波長獨立性（圖1.3B），這可能是由于碳點相對均勻的尺寸分布和表面狀態(tài)[18,19]。

第一章緒論3圖1.3（A）不同激發(fā)波長下PEG-CDs的圖片[17]；（B）不同激發(fā)波長下CQDs的熒光光譜[19]。Figure1.3(A)PicturesofPEG-CDsatdifferentλex[17];(B)FluorescencespectrumofCQDsatdifferentλex[19].量子產(chǎn)率（QY）是評價碳點發(fā)光性能的重要指標之一。QY通常與摻雜劑及表面活性結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究表明摻雜的碳點具有更強的熒光性能，這是由于摻雜元素（如氮、硫等）可以增加額外的孤對電子或空位軌道，從而增大了碳點的π電子云密度，減少了非輻射躍遷，并且為碳點提供了潛在的活性位點，所以顯著提高了碳點的發(fā)光性質(zhì)[20,21]。比率發(fā)射也是碳點的一大光學特性。目前大部分碳點的發(fā)射是基于單波長熒光強度的變化，這很容易受到許多因素的影響，例如濃度，激發(fā)光的光路強度和周圍環(huán)境的波動，因此檢測精度可能會在一定程度上降低[22,23]。而比率檢測可以克服這些局限，它是以兩個不同發(fā)射波長處的強度比來感應分析物所引起的變化，可以提供對環(huán)境干擾的自校準，從而提高結(jié)果的準確性和靈敏度[24,25]。另外，比率檢測還可以通過碳點熒光顏色的變化達到一個半定量可視化的優(yōu)勢[26]。到目前為止，基于碳點的比率檢測主要基于不同的熒光納米材料與碳點耦合的納米探針，例如半導體量子點[27,28]、有機小分子[29,30]、熒光染料[31-33]和金屬納米顆粒[34-36]等，利用兩種材料的不同發(fā)射實現(xiàn)了對目標物的檢測分析。然而，這些納米探針大多涉及復雜的制備和純化、染料的快速光漂白、較大的粒徑及耗時長等缺點，所以越來越多的科研者將目光轉(zhuǎn)向快速制備具有固有比率特性的碳點。Qu等[37]使用檸檬酸和尿素為前體，采用微波法且無需進一步地修飾，首次合出了具有雙發(fā)射的碳點，并用于溫度和pH的比率傳感，但其比率發(fā)光機制尚不明確。后來其他研究者

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]氮摻雜多功能碳點的構(gòu)筑及分析應用[D]. 路雯婧.山西大學 2019

碩士論文
[1]自然源碳點的合成及其在藥物分析中的應用[D]. 焦欣悅.華中科技大學 2018
[2]基于碳點和量子點的比率熒光探針構(gòu)建及其在細胞內(nèi)Cu2+檢測成像的應用[D]. 鄒晨晨.華中農(nóng)業(yè)大學 2016



本文編號：3378486