碳点在药物分析中的应用及发光性质的调控研究

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碳点是一种具有荧光性质的基于石墨烯的新型纳米材料。因其良好的物理光学性质和广阔的应用前景备受大量科研人员的关注。与常规荧光探针(例如,有机分子、金属纳米团簇和半导体量子点)相比,碳点具有良好的光稳定性、其固有的亲水性、独特的生物相容性、碳源丰富易得、易于合成和表面改性等优点,已被广泛地应用于离子和分子检测、发光器件、选择性成像、防伪等领域。本文主要采用微波法和水热法制备了一系列荧光碳点。研究了反应物对碳点性能的影响和碳点作为探针分别用于尿液中盐酸氯丙嗪及血清中的抗坏血酸的检测。1.基于碳点/羟基氧化钴纳米片氧化还原测定抗坏血酸抗坏血酸(AA)是人体中非常重要的生物分子。人体内抗坏血酸含量不足会诱发坏血病,含量过多可能会导致尿结石,腹泻和胃痉挛等。因此,建立一种敏感、快速的方法检测抗坏血酸含量对于医学诊断是至关重要的。在本节中,以明矾作为原料,通过水热法合成了水溶性发蓝色荧光的碳点(CDs)。然后将碳点与羟基氧化钴(CoOOH)纳米片复合,基于内滤效应导致荧光猝灭,当抗坏血酸加入后,抗坏血酸与羟基氧化钴发生氧化还原反应使得碳点荧光恢复。因此,碳点-羟基氧化钴体系可用作荧光“开启”传感器用于抗坏血酸的检测,其线性范围为0.8~12.5mmol L-(16)和12.5~690.0mmol L-(16),检出限为25 nmol L-(16)。该方法用于血清样品中抗坏血酸的检测,加标回收率为96.8%~100.5%。此外,基于上述荧光猝灭-恢复的现象,构建了“AND”逻辑门,避免复杂的修饰和化学追踪。2.荧光碳点对盐酸氯丙嗪的灵敏检测及逻辑应用盐酸氯丙嗪(CPH)是一种含有脂肪族侧链的吩噻嗪类药物,临床用于治疗精神分裂症和狂躁症,也具有镇吐、人工冬眠和降血压等功效。但盐酸氯丙嗪浓度超过一定值,就有中毒的风险,因此为了保证药物品质以及防止药物中毒,需要准确测量盐酸氯丙嗪的含量。所以,建立一种检测盐酸氯丙嗪浓度的新方法是非常有必要。本节采用一水合柠檬酸和盐酸氨基脲通过水热法合成了新型的碳点(N-CDs)。该碳点的最大激发和发射波长分别位于340 nm和427 nm处,其荧光量子产率为8.96%。将盐酸氯丙嗪加入该碳点溶液会导致体系荧光猝灭。盐酸氯丙嗪浓度在7.5100.0mmol L-(16)和100.01000.0mmol L-(16)之间,碳点荧光强度变化值(ΔF)与盐酸氯丙嗪浓度呈良好的线性关系,其检出限为43 nmol L-(16)。鉴于此,我们首次提出了一种新型荧光方法检测盐酸氯丙嗪,并设计了“AND”逻辑门。将该方法用于尿液中的盐酸氯丙嗪检测,加标回收率为96.12%~100.1%,相对偏差在1.26%~3.02%,结果令人满意。3.通过反应原料调控氮掺杂碳点的发光性能研究了反应物对氮掺杂荧光碳点性能的影响。采用一水合柠檬酸作为碳源,盐酸氨基脲、尿素和甲酰胺分别作为氮源,两两组合,通过微波法制备了九种碳点。结果发现,同一碳源与不同氮源反应,在相同溶剂中反应得到的碳点中氮含量越高,荧光量子产率越高,并且荧光发射峰发生蓝移,其归结于N原子相对强的电子亲和力。同时,同一碳源与氮源,溶剂由NaOH变为H2O,可以发现其发射峰分别发生了红移,碱性条件下合成的碳点的荧光量子产率低于中性环境下合成的碳点,说明溶剂对峰位置和荧光量子产率有影响。上述研究表明通过控制前驱体和反应条件合成荧光碳点,不仅可以调控碳点表面的官能团,还能改变碳点荷载的电荷特征,进而实现对目标物质的特异性识别。
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