论文部分内容阅读
目前，碳量子点已经广泛应用于生物传感、生物成像、医疗诊断、光催化和光学器件等领域。但是，它的发展也遇到了新的挑战，如：为了更好地满足需要，合成具有特定荧光性能及表面基团的碳量子点显得尤为重要，而这就需要更加清晰地理解碳量子点的发光机理；另一方面，碳量子点虽已广泛应用于传感领域，但其多功能化，传感方法选择性、灵敏度及准确度的提高，同样也是在传感领域面临的挑战。因此，本文通过探讨原料碳链长度、反应温度、钝化剂对碳量子点荧光性能的影响，研究其发光机理；利用多响应方式、比率模式等构建多响应的荧光传感平台。主要分为以下四个部分：
1.本文选择C，O，N等元素存在形式完全相同，碳链长度不同的前驱体合成碳量子点，以此研究原料碳链长度对荧光性能的影响。以柠檬酸为碳源，不同碳链长度的二胺(H2N(CH2)nNH2,n=2,4,6)为氮源；以己二酸为碳源，不同碳链长度的二胺(H2N(CH2)nNH2,n=2,4,6)为氮源；以及乙二胺(EDA)为氮源，不同碳链长度的二酸(HOOC(CH2)nCOOH,n=0,2,4,6)为碳源分别合成三种不同系列碳量子点。通过对比所制备的不同碳量子点的结构和光学性质，系统地研究了前驱体的碳链长度对碳量子点的结构和光学性质的影响。此外，通过分光光度法定量分析碳量子点表面上-NH2的密度，进而阐明-NH2与碳量子点表面态及光学性质之间的关系。
2.以甲基红(MR)为碳源，不同温度下，水热法合成MR-CDs。不同温度条件下合成的MR-CDs具有与MR相同的光致发光特性(发射位置和形状相同以及无明显碳核作用)。随着反应温度的升高，碳量子点表面MR消耗增多，量子产率逐渐降低。因此，MR-CDs荧光发射位点源于碳量子点表面的分子态；另一方面，以甲基红(MR)为碳源，EDA为氮源，水热合成MR-EDA-CDs，并通过柱层析分离得到四个组分，分别发射出独特的表面态荧光。并且四个组分各自具有特定的表面基团，可以分别选择性地识别水溶液中的pH、Fe3+、Ag+和Hg2+，以此构建相应的传感体系。此外，MR-EDA-CDs具有良好的生物相容性，可用于真菌细胞的生物成像。
3.以酚酞和乙二胺为原料，通过简单的一步水热热解法制备高量子产率的绿光发射碳量子点。碳量子点的最大激发波长为360nm，其最大发射峰为514nm。其荧光可以被Hg2+以光诱导电子转移方式选择性地淬灭；被柠檬黄以内滤效应方式淬灭；被Fe2+和H2O2以表面氧化方式淬灭。因此，利用不同的响应方式，构建了一种碳量子点对Hg2+、柠檬黄、Fe2+和H2O2的多模式传感体系。
4.以柠檬酸、聚乙烯亚胺和罗丹明B为原料，通过一锅法水热合成双波长荧光发射的碳量子点，并以此构建了测定pH、Hg2+和谷胱甘肽(GSH)的比率荧光探针。在360nm激发下，447nm荧光发射峰源自碳量子点的表面态发光，而581nm处的发射峰源自碳量子点中罗丹明B的分子态发光。447nm荧光发射峰的荧光强度对pH敏感，而581nm处的发射峰则对pH不敏感，由此可以构建pH比率荧光探针。另外，在PB缓冲液中，由于光诱导电子转移，447nm发射峰荧光强度随Hg2+浓度的增加而逐渐降低，可实现对Hg2+的选择性响应，而581nm处的荧光发射峰则对Hg2+无响应；GSH能够与Hg2+生成稳定配合物，从而使被Hg2+淬灭的荧光恢复，实现对GSH的选择性响应，由此可以构建Hg2+和GSH的比率荧光探针。并实现了对自来水和湖水中的Hg2+，以及血液和尿液中GSH的定量检测。
1.本文选择C，O，N等元素存在形式完全相同，碳链长度不同的前驱体合成碳量子点，以此研究原料碳链长度对荧光性能的影响。以柠檬酸为碳源，不同碳链长度的二胺(H2N(CH2)nNH2,n=2,4,6)为氮源；以己二酸为碳源，不同碳链长度的二胺(H2N(CH2)nNH2,n=2,4,6)为氮源；以及乙二胺(EDA)为氮源，不同碳链长度的二酸(HOOC(CH2)nCOOH,n=0,2,4,6)为碳源分别合成三种不同系列碳量子点。通过对比所制备的不同碳量子点的结构和光学性质，系统地研究了前驱体的碳链长度对碳量子点的结构和光学性质的影响。此外，通过分光光度法定量分析碳量子点表面上-NH2的密度，进而阐明-NH2与碳量子点表面态及光学性质之间的关系。
2.以甲基红(MR)为碳源，不同温度下，水热法合成MR-CDs。不同温度条件下合成的MR-CDs具有与MR相同的光致发光特性(发射位置和形状相同以及无明显碳核作用)。随着反应温度的升高，碳量子点表面MR消耗增多，量子产率逐渐降低。因此，MR-CDs荧光发射位点源于碳量子点表面的分子态；另一方面，以甲基红(MR)为碳源，EDA为氮源，水热合成MR-EDA-CDs，并通过柱层析分离得到四个组分，分别发射出独特的表面态荧光。并且四个组分各自具有特定的表面基团，可以分别选择性地识别水溶液中的pH、Fe3+、Ag+和Hg2+，以此构建相应的传感体系。此外，MR-EDA-CDs具有良好的生物相容性，可用于真菌细胞的生物成像。
3.以酚酞和乙二胺为原料，通过简单的一步水热热解法制备高量子产率的绿光发射碳量子点。碳量子点的最大激发波长为360nm，其最大发射峰为514nm。其荧光可以被Hg2+以光诱导电子转移方式选择性地淬灭；被柠檬黄以内滤效应方式淬灭；被Fe2+和H2O2以表面氧化方式淬灭。因此，利用不同的响应方式，构建了一种碳量子点对Hg2+、柠檬黄、Fe2+和H2O2的多模式传感体系。
4.以柠檬酸、聚乙烯亚胺和罗丹明B为原料，通过一锅法水热合成双波长荧光发射的碳量子点，并以此构建了测定pH、Hg2+和谷胱甘肽(GSH)的比率荧光探针。在360nm激发下，447nm荧光发射峰源自碳量子点的表面态发光，而581nm处的发射峰源自碳量子点中罗丹明B的分子态发光。447nm荧光发射峰的荧光强度对pH敏感，而581nm处的发射峰则对pH不敏感，由此可以构建pH比率荧光探针。另外，在PB缓冲液中，由于光诱导电子转移，447nm发射峰荧光强度随Hg2+浓度的增加而逐渐降低，可实现对Hg2+的选择性响应，而581nm处的荧光发射峰则对Hg2+无响应；GSH能够与Hg2+生成稳定配合物，从而使被Hg2+淬灭的荧光恢复，实现对GSH的选择性响应，由此可以构建Hg2+和GSH的比率荧光探针。并实现了对自来水和湖水中的Hg2+，以及血液和尿液中GSH的定量检测。