發(fā)布時(shí)間：2021-04-17 14:07

　　石墨烯量子點(diǎn)和稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子是兩種極具特色的發(fā)光材料。石墨烯量子點(diǎn)是橫向尺寸為1-10 nm的小片石墨烯,具有優(yōu)異的生物相容性、低細(xì)胞毒性和穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì),目前已被廣泛應(yīng)用于光學(xué)傳感、生物成像等領(lǐng)域。然而,石墨烯量子點(diǎn)功能性單一的缺陷使其在生物分析方面的應(yīng)用受到了限制。不同于石墨烯量子點(diǎn),稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子在低能量的近紅外光激發(fā)下能夠產(chǎn)生高能量的紫外、可見及近紅外光,具有背景熒光小、穿透能力強(qiáng)、生物組織損傷小等特點(diǎn)。但是,稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子熒光量子產(chǎn)率低、水分散性差的缺陷給它在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用帶來(lái)了不便。因此,將石墨烯量子點(diǎn)與稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子復(fù)合,實(shí)現(xiàn)兩者性能的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是極其必要的。針對(duì)石墨烯量子點(diǎn)功能性單一的問(wèn)題,設(shè)計(jì)合成了組氨酸-D-青霉胺雙功能化石墨烯量子點(diǎn)。組氨酸的引入不僅使石墨烯量子點(diǎn)具有改善過(guò)氧化物酶催化活性的能力,還為之后與稀土材料的復(fù)合奠定了基礎(chǔ)。D-青霉胺的存在則提高了石墨烯量子點(diǎn)的熒光發(fā)射能力。所合成的石墨烯量子點(diǎn)平均尺寸約為3.6 nm,由1-2層石墨烯納米片組成。將石墨烯量子點(diǎn)作為光學(xué)探針,構(gòu)建了用于啶蟲脒含量測(cè)定的熒光傳感平臺(tái)。首先,富含G的DNA探針... 

【文章來(lái)源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)和碳量子點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)差異[19]

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1-1石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)和碳量子點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)差異[19]Fig.1Schematicillustrationofstructuraldifferencesbetweengraphene,grapheneoxide,graphenequantumdotsandcarbonquantumdots[19]1.1.1制備方法如圖1-2所示，GQDs的合成主要有自上而下和自下而上兩種方法。前者是通過(guò)化學(xué)、電化學(xué)或物理化學(xué)的方法切割或分解碳材料。后者是利用有機(jī)小分子的熱解或碳化、芳香小分子的逐步化學(xué)融合形成GQDs。圖1-2石墨烯量子點(diǎn)的合成方法[19]Fig.1-2Synthesismethodsofgraphenequantumdots[19]（1）自上而下法自上而下法主要是利用化學(xué)或物理的方法將大塊前體材料，如大的碳納米管或石墨烯片層，切割成適當(dāng)大小的石墨烯量子點(diǎn)。通過(guò)氧化或插層的方法分離前體材料的同時(shí)，也使材料的碳晶格產(chǎn)生缺陷。然后，利用化學(xué)還原或超聲處理等方式將前體材料晶格缺陷處的碳碳鍵斷裂，從而將GQDs從前體材料中分離出來(lái)。通過(guò)改變合成方法和調(diào)整反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)GQDs性質(zhì)的調(diào)控。自上而下法主要包括水/溶劑熱法、電化學(xué)剝離法、酸氧化法、液相剝離法和微波輔助合成法。水/溶劑熱法是合成GQDs最常用的方法之一。Pan等人首次以微米尺寸的氧化石墨烯作為前體材料，采用簡(jiǎn)易水熱法合成了藍(lán)色發(fā)光的GQD[20]。Fang等人以氧化石墨烯為原料、N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，通過(guò)溶劑熱法制備了綠色發(fā)光的氮摻雜石墨烯量子

第一章緒論3點(diǎn)（Nitrogen-dopedgraphenequantumdot,N-GQD），其熒光量子產(chǎn)率為23.1%[21]。所制備的N-GQD具有出色的生物相容性和良好的溶劑分散性，能夠作為熒光探針應(yīng)用于活細(xì)胞中Al3+的定量檢測(cè)。與水/溶劑熱法相比，電化學(xué)剝離法可以通過(guò)對(duì)外加電位的控制實(shí)現(xiàn)前體材料的選擇性氧化。此外，電化學(xué)剝離不需要使用有毒的氧化劑或還原劑，可以在環(huán)境條件下進(jìn)行。He等人利用單步電化學(xué)剝離法從低成本的焦炭中剝離出大量的GQD[22]。圖1-3是GQD的合成示意圖。通過(guò)調(diào)節(jié)電解液中的水含量和所施加的電流密度實(shí)現(xiàn)了GQD發(fā)射波長(zhǎng)的精準(zhǔn)調(diào)控，從而使GQD具有多色發(fā)光的特性。這種方法的產(chǎn)率高達(dá)42.86%，可應(yīng)用于GQD的大批量生產(chǎn)。酸氧化法將帶負(fù)電荷的含氧基團(tuán)引入到GQDs中，導(dǎo)致GQDs的石墨結(jié)構(gòu)帶有缺陷。同時(shí)，酸氧化法可以從低成本的前體材料中大規(guī)模的制備親水性GQDs，但反應(yīng)中過(guò)量的酸性氧化劑難以徹底去除。Peng等人以廉價(jià)的炭纖維作為原料，經(jīng)過(guò)酸氧化剝離制備出尺寸范圍為1-4nm的GQD[10]。所合成GQD的尺寸隨反應(yīng)溫度的變化而變化，并且通過(guò)改變反應(yīng)條件可以相應(yīng)地控制其帶隙和發(fā)射波長(zhǎng)。液相剝離法主要包括超聲輔助液相剝離和微波輔助液相剝離。超聲波為大分子的分解提供了必要的能量，從而避免了氧化劑的使用，為規(guī)�；a(chǎn)GQDs提供了新途徑。Lu等人以乙炔黑為碳源、N-甲基-2-吡咯烷酮為反應(yīng)溶劑，利用超聲波輔助液相剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了GQD的大批量生產(chǎn)[23]。微波輔助液相剝離法不僅可以縮短反應(yīng)時(shí)間，而且可以提高產(chǎn)率。Nair等人使用間歇微波輔助的超聲氧化法快速（30min內(nèi)）制備了結(jié)晶度高、尺寸可調(diào)的GQD，產(chǎn)率高達(dá)75-81%[24]。同時(shí)，該方法制備的GQD具有優(yōu)異的生物相容性、良好的水分散性和較高的光學(xué)穩(wěn)定性，可作為活細(xì)胞成像的光學(xué)探針。圖1-3?


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