本文選題：石墨烯量子點(diǎn)　切入點(diǎn)：表面功能化　出處：《東北大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)由于具有良好的化學(xué)惰性、生物相容性和較低的生物毒性,可取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn),在生物成像、疾病檢測(cè)、藥物輸送和光電器件應(yīng)用領(lǐng)域中引起了極大關(guān)注。本論文主要圍繞石墨烯量子點(diǎn)納米材料的制備、性能及其在生物成像、傳感檢測(cè)方面的應(yīng)用開展了系列研究工作。通過(guò)微波輔助水熱合成法制備了表面含有大量羧基基團(tuán)的石墨烯量子點(diǎn),并闡述了該種石墨烯量子點(diǎn)獨(dú)特的J-type自組裝聚集引起的熒光轉(zhuǎn)移現(xiàn)象；以氨水為表面修飾劑,通過(guò)微波輻照對(duì)石墨烯量子點(diǎn)進(jìn)行表面改性,制備了含吡咯環(huán)的石墨烯量子點(diǎn),用于可見光激發(fā)的細(xì)胞熒光標(biāo)記及Hg2+傳感；通過(guò)原位生長(zhǎng)法制備了石墨烯量子點(diǎn).銀納米粒子復(fù)合物,基于石墨烯量子點(diǎn)的類過(guò)氧化物酶活性,建立了雙氧水及葡萄糖的高靈敏檢測(cè)新方法。具體研究工作包括： 1、以氧化石墨烯(GO)為原料,采用微波輔助水熱合成法一步制備了石墨烯量子點(diǎn)。通過(guò)高分辨透射電鏡、原子力顯微鏡等表征手段證明了所制得石墨烯量子點(diǎn)由單層石墨烯組成,其粒徑為3-5nm。通過(guò)X射線光電子能譜證明了GQDs表面含有大量羧基基團(tuán)。紫外可見吸收光譜、熒光光譜研究了GQDs的熒光性質(zhì),發(fā)現(xiàn)所制備的GQDs在強(qiáng)酸介質(zhì)環(huán)境及高濃度條件下,表現(xiàn)出獨(dú)特的熒光發(fā)射轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。證明了這種現(xiàn)象是由于受到一定程度抑制的π-π相互作用而引起的J-type自組裝聚集的結(jié)果。我們預(yù)期可以利用這種熒光轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,發(fā)展基于自組裝聚集產(chǎn)生熒光的新型傳感體系。 2、改進(jìn)了以氧化石墨烯為原料微波法制備石墨烯量子點(diǎn)的合成方案,有效地縮短了石墨烯量子點(diǎn)的制備時(shí)間。以氨水為表面修飾劑,通過(guò)微波輻照對(duì)石墨烯量子點(diǎn)進(jìn)行表面改性。用高分辨透射電鏡、原子力顯微鏡考察了改性石墨烯量子點(diǎn)的形貌特征。通過(guò)X射線光電子能譜、固體核磁、紅外光譜等表征手段對(duì)改性后石墨烯量子點(diǎn)的化學(xué)組成進(jìn)行了考察,證明上述改性過(guò)程成功制備了未曾報(bào)道過(guò)的吡咯環(huán)修飾石墨烯量子點(diǎn)(p-GQDs)。與其他表面功能化的GQDs不同,p-GQDs激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)均在可見光區(qū)域,通過(guò)可見光λex490nm(2.53eV)激發(fā),最大發(fā)射波長(zhǎng)為λem550nm,且熒光最大發(fā)射波長(zhǎng)與激發(fā)波長(zhǎng)不相關(guān),但隨pH變化而有一定程度改變,其熒光壽命為雙指數(shù)衰減,表明p-GQDs中同時(shí)存在固有態(tài)發(fā)射和表面缺陷引起的發(fā)射,且后者起主導(dǎo)作用。p-GQDs的熒光強(qiáng)度在pH4-10范圍內(nèi)和離子強(qiáng)度為1.2mol L-1KCI條件下,均能穩(wěn)定存在。將p-GQDs與HeLa;細(xì)胞共同孵育,通過(guò)3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT)方法證明了該p-GQDs具有良好的生物相容性和低毒性,當(dāng)p-GQDs濃度高達(dá)800μg mL-1時(shí),HeLa細(xì)胞存活率仍然保持大約85%。目前,已成功實(shí)現(xiàn)了p-GQDs對(duì)HeLa細(xì)胞的熒光標(biāo)記,且標(biāo)記效果顯著。在485nm激發(fā)波長(zhǎng)下,有明顯的黃色熒光成像,可以做為熒光成像探針應(yīng)用于細(xì)胞影像學(xué)研究。由于p-GQDs中吡咯環(huán)結(jié)構(gòu)與Hg2+的相互作用,表現(xiàn)出Hg2+對(duì)p-GQDs熒光選擇性猝滅的現(xiàn)象,以p-GQDs為熒光傳感探針實(shí)現(xiàn)Hg2+的定量檢測(cè),檢出限20nM。 3、發(fā)展了一種制備新型綠色穩(wěn)定石墨烯量子點(diǎn)銀納米復(fù)合物(GQDs/AgNPs)的方法。在中等溫度(100℃)、無(wú)外加還原劑條件下,以Ag(NH3)2OH為前驅(qū)體,GQDs為基底,Ag+被還原為Ag0,于GQDs表面原位聚集生長(zhǎng)為AgNPs。在水溶液中,原位生長(zhǎng)在GQDs上的AgNPs具有優(yōu)良的分散性和穩(wěn)定性,GQDs起到了穩(wěn)定劑的作用。通過(guò)高分辨透射電鏡、X射線光電子能譜、X射線衍射、紅外光譜、紫外可見光譜等表征手段,對(duì)所制備的新型GQDs/AgNPs納米復(fù)合物進(jìn)行了形貌、化學(xué)組成及光譜性能等表征。由于GQDs具有比GO更強(qiáng)的類過(guò)氧化物酶活性,在H2O2還原時(shí),GQDs/AgNPs納米復(fù)合物比GO/AgNPs納米復(fù)合物表現(xiàn)更靈敏的褪色響應(yīng)�；谶@一現(xiàn)象,以GQDs/AgNPs作為光譜傳感器,發(fā)展了一種高靈敏比色法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)H202和葡萄糖的直接測(cè)定,檢測(cè)范圍和靈敏度分別為0.1～100μM,0.5～400μM和33nM,170nM。與基于AgNPs-體系檢測(cè)H202的電化學(xué)方法相比,靈敏度至少提升10倍,與AgNPs體系比色法直接傳感葡萄糖時(shí),靈敏度提升760倍。在本研究中,GQDs/AgNPs納米復(fù)合物展現(xiàn)出了優(yōu)良的分析性能,同時(shí)也為進(jìn)一步擴(kuò)展GQDs的應(yīng)用領(lǐng)域提供了新思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1719191