论文部分内容阅读
碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）简称碳点,是一种分散均匀,形状似球形,粒径在10nm以下,能稳定发光的新型荧光碳纳米材料。因其具有制备简单、优异的荧光性能、表面官能团丰富、低毒性、耐光漂白、良好的水溶性和生物相容性等优点,广泛应用于环境检测、细胞标记、药物分析、生物成像、重金属离子的检测等领域。近年来,科研工作者在现有研究基础上不断探索创新,在碳点的合成原材料、光学性质和应用前景方面取得了很大的进展。研究者们发现将碳点和氮元素掺杂后,对其进行组成的修饰,合成的氮掺杂碳点（N-CQDs）的光学性质更加稳定、量子产率更高,进一步拓展了其应用。基于上述内容,本工作主要通过对碳源的筛选,最终选用结构明确的六元瓜环和间苯二胺、八元瓜环和乙二胺为原料,采用水热法一步合成性质、尺寸、形貌可控的新型高荧光量子产率、多荧光发射波长、具有高度靶向功能和细胞成像功能的氮掺杂水溶性荧光碳点。并运用多种表征手段研究了碳点的形貌结构,物理和化学稳定性。并以碳点作为荧光探针,构建检测重金属离子和环境污染物的荧光化学传感器,并利用碳点生物相容性、低细胞毒性以及优异的荧光特性实现了生物成像和前列腺癌细胞PC3的标记。论文的主要内容概括为如下两个部分:（1）以六元瓜环和间苯二胺为前驱体,通过水热法制备得到产生蓝绿色荧光的碳点。探讨了反应比例、反应时间以及反应温度对其荧光性质的影响,制得的碳点荧光量子产率为5%,并通过高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱、荧光光谱、紫外―可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱对其结构与性质展开了研究。透射电子显微镜的表征结果表明,该碳点为球形或近球形状,粒径尺寸分布为2-8 nm;X射线电子光谱和傅里叶变换红外光谱等表征结果得到该碳点主要含有C、O、N三种元素,带有羟基、羧基、氨基等官能团,这些官能团使得碳点具有极好的水溶性。该碳点还具有较好的光致发光特性,最大激发波长与发射波长分别位于385 nm和485 nm处。除此之外,酸碱、高盐浓度的条件对其荧光强度几乎没有影响,表现出极好的稳定性。本研究工作中考察了碳点与多种金属离子之间的作用,发现Hg2+能够较为明显地猝灭碳点的荧光,并且随着半胱氨酸的引入,碳点/Hg2+体系的荧光得以恢复。而Al3+能使碳点的荧光稍微增强。该碳点以其低的细胞毒性以及良好的生物相容性,可以进入细胞并充分地点亮整个细胞,在生物成像试剂的研究中具有很大的潜能。（2）以八元瓜环和乙二胺（EDA）为前驱体合成了蓝色荧光碳点。探讨了反应时间以及反应温度对碳点荧光性质的影响,在透射电子显微镜下观察碳点粒径小于10 nm,该碳点具有良好的水溶性和光稳定性,但是耐盐性很弱,考察了碳点与多种金属离子之间的作用,发现Fe3+和Co2+能够较为明显地猝灭碳点的荧光,并在此基础上建立了检测Fe3+和Co2+的方法,将碳点应用于人体前列腺癌细胞（PC3）成像,观察到碳量子点标记的PC3癌细胞在绿光激发下,呈清晰的蓝色荧光图像,细胞轮廓与白光明场像一致。