【摘要】：石墨烯量子點(GQDs)是一種粒徑小于100 nm的具有零維結(jié)構(gòu)的碳納米材料。由于GQDs的邊緣效應(yīng)和量子限制效應(yīng)使其具有獨特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。研究表明氮原子可以摻雜在石墨烯的結(jié)構(gòu)中,從而得到氮摻雜石墨烯量子點(N-GQDs)。氮原子的摻入可以有效的調(diào)控GQDs的光學(xué)性能以及局部化學(xué)性能。與GQDs相比N-GQDs具有光致發(fā)光穩(wěn)定、細胞毒性低、生物相容性好、溶解性好、比表面積高、可調(diào)帶隙等優(yōu)點。因此,N-GQDs在生物傳感、生物激光、生物成像以及在光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要以檸檬酸和尿素作為合成材料,通過水熱合成法一步合成N-GQDs,并對其結(jié)構(gòu)和性能進行表征,構(gòu)建了基于N-GQDs的熒光傳感器,建立了對生物體液中多巴胺(DA)、組氨酸(His)和焦磷酸根離子(PPi)檢測的新方法。研究的主要內(nèi)容包括:1.N-GQDs作為熒光探針檢測DA。采用水熱合成法,以檸檬酸為碳源,尿素為氮源一步合成N-GQDs。對合成的N-GQDs進行透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜、傅里葉紅外光譜(FTIR)以及紫外-可見吸收光譜等一系列表征。并研究其在一定pH范圍內(nèi)、離子強度(NaCl)和時間內(nèi)的穩(wěn)定性。此外,基于在堿性條件下,DA自聚合成多巴胺醌然后吸附在N-GQDs表面,這種多巴胺醌是一種薄膜附著在N-GQDs表面通過能量共振轉(zhuǎn)移(FRET)使其熒光猝滅�；谶@種猝滅機理,該熒光探針可靈敏的檢測DA。通過優(yōu)化pH、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度,該實驗的線性范圍為0-90μmol L~(-1),檢出限(3σ/R)為80.5 nmol L~(-1)。并成功應(yīng)用于檢測人體尿液中的DA,其加標(biāo)回收率為96%-102%。2.Cu~(2+)修飾的N-GQDs作為熒光探針檢測His。N-GQDs表面具有豐富的含氧基團(如:-COOH、-OH),Cu~(2+)會與其形成共價鍵并吸附在其表面通過非輻射電子轉(zhuǎn)移致使N-GQDs的熒光猝滅。當(dāng)加入His時,由于His具有咪唑基其與Cu~(2+)的親和力極強,從而使Cu~(2+)從N-GQDs表面解離并與His形成更穩(wěn)定的Cu~(2+)-His配合物,最終導(dǎo)致N-GQDs的熒光恢復(fù)�；诖藰�(gòu)建了一種高靈敏的檢測His的熒光傳感器,其線性范圍為0-35μmol L~(-1),檢出限(3σ/R)為72.2 nmol L~(-1)。該傳感器成功應(yīng)用于檢測人體尿液中的His,其加標(biāo)回收率為96%-102%。3.N-GQDs-Pb(Ⅱ)體系作為熒光探針檢測PPi。N-GQDs表面具有豐富的含氧基團,Pb(Ⅱ)與這些基團相互作用進而吸附在N-GQDs表面并形成N-GQDs-Pb(Ⅱ)復(fù)合物,通過內(nèi)濾效應(yīng)致使N-GQDs的熒光被有效猝滅。當(dāng)加入PPi,Pb(Ⅱ)與PPi之間存在強的成鍵作用致使Pb(Ⅱ)從N-GQDs的表面分離,從而使N-GQDs的熒光強度恢復(fù)。另外,N-GQDs的熒光強度不受PPi的影響。因此,構(gòu)建的熒光傳感器能夠用于PPi的檢測,其線性范圍為0.20-40μmol L~(-1),檢出限(3σ/R)為69.2 nmol L~(-1)。該傳感器成功應(yīng)用于檢測人體尿液中的PPi,其加標(biāo)回收率為96%-103%。
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R943
【圖文】：

[3 3]。圖1-2 石墨末端平面被羥基和氧自由基進攻，從而促進BF4-陰離子插層剝離的進程[30]Fig. 1-2 Exfoliation process showing the attack on the graphite edge planes by hydroxyl and oxygenradicals, and intercalation of BF4-anion[30]水熱合成法是一種非常容易的合成GQDs的方法。該方法：首先，用GO片作為原材料并用一些氧化劑（HNO3, O3）將其氧化，這樣可以將環(huán)氧基團和羧基引入石墨烯的邊緣。隨后，在水熱條件下，通過化學(xué)切割或在堿性條件下（NaOH，氨水）還原前體而.（3）水熱合成法

[ 22]。該方法操作簡單、有效且具有良好的可控性，并且合成的GQDs具有不同的熒光性質(zhì)。Tetsuka及其同事報道了一種氨基水熱法（圖1-3a），通過用不連續(xù)分子量和特定邊緣制得具有氨基官能化的GQDs[ 34]。該方法可以通過改變水熱溫度和初始氨水濃度制得可調(diào)熒光的GQDs（圖1-3b和c）。圖1-3 （a）af-GQDs的合成過程（b）在365 nm波長紫外燈下AF-GQDs在水和聚合物混合體中的可調(diào)PL（c）af-GQDs的光致發(fā)光和選定的UV/VIS吸收光譜[34]Fig. 1-3 (a) Schematic illustration of the preparative strategy for af-GQDs.(b) the tunable PL of af-GQDsin water and polymer hybrid under 365 nm UV light. (c) photoluminescence and selected UV/VISabsorption spectra of af-GQDs[34]微波輔助合成法在合成石墨烯材料過程中已得到了廣泛應(yīng)用.（4）微波輔助合成法[37,38]�？梢栽诓煌臈l件下合成GQDs，如：強酸性和堿性[ 26,39]、超聲波輔助和熱反應(yīng)條件下等[ 22,35]。但是，以上的方法都存在反應(yīng)時間很長的缺點。微波輻射具有為反應(yīng)介質(zhì)提供了快速且均勻加熱的條件，縮短了反應(yīng)時間的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[ 12,23]。最開始，報道了一種微波輔助剝落和還原GO的方法[ 37,38]。GO的還原可以在很短的時間內(nèi)完成，并且制得GQDs產(chǎn)率很高。結(jié)果表明微波輔助技術(shù)可以縮短反應(yīng)時間，提高產(chǎn)率。Li等人報道了一種簡單的微

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2 ;高技術(shù)中心召開石墨烯制備及應(yīng)用進展專家講座[J];河南科技;2018年29期

3 張倩;唐利斌;李汝R

本文編號：2725194