【摘要】：類石墨烯材料獨(dú)特的組成結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了其優(yōu)異的物理化學(xué)和電子性能,比如大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能、易于功能化的表面等,使得其在生物傳感、生物成像、藥物負(fù)載和傳遞、光/電化學(xué)催化、電化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域都受到了廣泛的關(guān)注。然而,利用新的合成途徑和方法,更簡單、高效的得到性能更優(yōu)越的類石墨烯材料;或者通過對(duì)現(xiàn)有的類石墨烯材料進(jìn)行功能化改性或表面修飾等,改善或開發(fā)其新性能,擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。這些一直都是類石墨烯材料研究領(lǐng)域的關(guān)鍵。針對(duì)這一研究目的,本論文制備了多種類石墨烯材料,并對(duì)類石墨烯材料進(jìn)行功能化修飾,得到了一些新的納米復(fù)合材料。利用這些材料的不同性質(zhì),將它們應(yīng)用到了生物檢測(cè)和環(huán)境污染處理等領(lǐng)域,構(gòu)建了納米生物檢測(cè)體系和光催化降解系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下:(1)由紫外線照射誘導(dǎo)還原反應(yīng)制備石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)。所制備的GQDs雖然仍然保留了石墨烯的基本結(jié)構(gòu),但是其光致發(fā)光性能顯著提高,可以發(fā)射明亮的藍(lán)色熒光且熒光量子產(chǎn)率可達(dá)15.5%。該GQDs顯示光致發(fā)光激發(fā)波長依耐性以及穩(wěn)定的電致化學(xué)發(fā)光(ECL)行為。當(dāng)金納米粒子(AuNPs)與單鏈DNA捕獲探針(cp53 ssDNA)形成AuNPs-ssDNA結(jié)構(gòu)后,可以通過非共價(jià)作用與GQDs結(jié)合,形成AuNPs-ssDNA/GQDs,而由于GQDs和AuNPs之間的能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致GQDs的ECL信號(hào)淬滅。而當(dāng)AuNPs-ssDNA/GQDs中的ssDNA捕獲探針,與目標(biāo)p53基因雜化后,會(huì)形成AuNPs-dsDNA結(jié)構(gòu),從而削弱了與GQDs之間的非共價(jià)相互作用,使得AuNPs與GQDs分離,導(dǎo)致GQDs的ECL信號(hào)恢復(fù)。根據(jù)這一機(jī)理,構(gòu)建了一個(gè)電致化學(xué)發(fā)光傳感器,用于定量檢測(cè)p53抑癌基因,檢測(cè)限可達(dá)13 nM。該電致化學(xué)發(fā)光傳感器還可以用于定性評(píng)估化學(xué)品導(dǎo)致的DNA損傷,并擴(kuò)展到其他核酸,單核苷酸多態(tài)性或其他生物分子的定量檢測(cè)。(2)在活細(xì)胞中,實(shí)現(xiàn)多種低濃度miRNA的靈敏檢測(cè)以及同時(shí)成像仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)�；诰垭娊赓|(zhì)誘導(dǎo)的還原反應(yīng),利用PDDA誘導(dǎo)高錳酸鉀還原,制備了一種帶正電的二氧化錳納米管(MnO2 NTs)�；谠揗nO2 NTs優(yōu)異的熒光淬滅性能,低細(xì)胞毒性和在水溶液中優(yōu)良的膠體穩(wěn)定性,構(gòu)建了 MnO2NTs-ssDNA納米復(fù)合物熒光探針。當(dāng)該納米復(fù)合物探針進(jìn)入乳腺癌MCF7細(xì)胞后,ssDNA與目標(biāo)miRNA結(jié)合,脫離MnO2 NTs表面,熒光染料的熒光恢復(fù)實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)熒光成像。與此同時(shí),在癌細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽和酸性環(huán)境的雙重作用下,MnO2NTs被還原分解為Mn2+,Mn2+可作為核磁共振成像造影劑,實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)核磁共振成像。這是使用Mn02 NTs進(jìn)行胞內(nèi)多重?zé)晒獬上?以及熒光、核磁共振雙功能成像的首次報(bào)道,為Mn02NTs在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用建立了基礎(chǔ)。(3)為了提高石墨烯量子點(diǎn)的熒光性能,首先利用金屬卟啉化合物(FePor)與石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)的π-π作用和范德華力,制備了熒光性能良好的石墨烯量子點(diǎn)/鐵卟啉(GQDs/FePor)納米復(fù)合物。谷胱甘肽和半胱氨酸在人體內(nèi)都起到至關(guān)重要的生物學(xué)作用,是人體內(nèi)一種重要的抗氧化劑,他們的結(jié)構(gòu)中都含有一個(gè)活潑的巰基(-SH),可以誘導(dǎo)二氧化錳納米管發(fā)生還原反應(yīng),分解成為Mn2+�；谒鼈兣cMnO2 NTs之間還原分解反應(yīng),結(jié)合GQDs/FePor納米復(fù)合物優(yōu)異的熒光性能,構(gòu)建了二氧化錳納米管-石墨烯量子點(diǎn)/鐵卟啉復(fù)合納米熒光體系(Mn02 NTs-GQDs/FePor),定量檢測(cè)谷胱甘肽和半胱氨酸。該MnO2 NTs-GQDs/FePor復(fù)合納米熒光體系作為一個(gè)優(yōu)良的熒光"開、關(guān)",同時(shí)具有良好的生物兼容性,細(xì)胞毒性低,可擴(kuò)展應(yīng)用到生物體內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)谷胱甘肽時(shí)間和空間分布變化情況。(4)一種新型納米復(fù)合材料鋅卟啉功能化石墨烯量子點(diǎn)(GQDs/ZnPor)被制備,該材料可作為光催化劑,在可見光照射下快速降解有機(jī)污染物。首先使用濃H2SO4和HN03的混合物,將大片的石墨烯氧化裂解為小片石墨烯氧化物;然后,由于鋅卟啉(ZnPor)與石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)之間的π-π堆疊作用,通過一個(gè)簡單的水熱反應(yīng)得到GQDs/ZnPor納米復(fù)合材料。GQDs/ZnPor納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能特征,通過透射電子顯微鏡(TEM)和一些光學(xué)測(cè)試儀器進(jìn)行了表征。以有機(jī)染料污染物亞甲基藍(lán)(MB)作為模板化合物,在可見光照射下考察GQDs/ZnPor作為光催化劑對(duì)MB的降解效率,以此評(píng)估GQDs/ZnPor的光催化活性,發(fā)現(xiàn)較之純ZnPor,所制備的GQDs/ZnPor納米復(fù)合材料的光催化活性的顯著提高。通過加入各種光催化活性物質(zhì)抑制劑,對(duì)該體系降解MB的抑制效果考察,發(fā)現(xiàn)超氧陰離子自由基(·O2-)和光生空穴(hVB+)是該光催化降解過程中起主要作用的活性物質(zhì)。而GQDs/ZnPor納米復(fù)合物所表現(xiàn)出的高效的光催化活性,主要是由于GQDs/ZnPor大的比表面積以及優(yōu)異的光生電子傳導(dǎo)能力所導(dǎo)致的。此外,在回收實(shí)驗(yàn)中GQDs/ZnPor表現(xiàn)出穩(wěn)定的光催化能力,使其能夠作為一種具有實(shí)用性的可見光驅(qū)動(dòng)的催化劑有效地降解水中有機(jī)污染物。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R730.4;TB33

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本文編號(hào)：2464839