具有活性氧清除能力的碳点的高产率合成及温敏荧光性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchello
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温度是以多种方式影响物理、化学和生物系统的基本参数。纳米尺度的荧光材料因在测温领域的突出表现而引起广泛关注。在荧光纳米材料中,温敏碳点的荧光强度随温度的变化而升高或下降。碳点具有良好的抗光漂白能力,从而可以集成到传感、生物成像和诊断应用中,如荧光纳米测温仪。目前在温敏碳点领域仍存在如下问题:首先是温敏碳点的合成产率还较低;其次是温敏碳点在功能化方面的研究不足,不具备活性氧清除能力。针对温敏碳点存在合成产率低和缺乏活性氧清除能力的问题,本论文提出采用丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和壳聚糖为前驱体,基于自由基引发溶液聚合技术在水热碳化的条件下合成了具有活性氧清除能力的温敏碳点(R,T-CDs)。实现了前驱体的定向高产率转化并赋予其活性氧清除能力。研究了自由基引发剂的种类、前驱体的摩尔比、反应温度和反应时间等因素对R,T-CDs的合成产率、荧光性能、温敏效应和清除自由基能力的影响规律,优化了R,T-CDs的合成工艺,揭示了R,T-CDs的温敏荧光效应机制,探索了R,T-CDs应用于测温和特异性识别Fe3+。结果表明:基于自由基引发聚合反应,以丙烯酰胺、壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为0.24:0.06:1、过硫酸铵作为引发剂、在200℃下水热反应12h合成的R,T-CDs的合成产率为78.76%,最大激发波长为370 nm,最大发射波长为445nm,相对荧光量子产率为3.22%;R,T-CDs为典型的无定形结构,表面为富含氨基和羟基等官能团的聚合物链段,在常温下的水合粒径为28 nm;R,T-CDs的温敏荧光效应基于异丙基的强疏水作用,在温度区间30~60℃内的温度灵敏度|k|=0.777%℃-1;R,T-CDs对羟基自由基、超氧阴离子自由基和DPPH自由基的清除能力分别为1.0 mg·m L-1/87%、3.0 mg·m L-1/33%、1.2 mg·m L-1/26%。此外,R,T-CDs还具有较好的Fe3+识别能力,在0~1000μM的检测范围内,R,T-CDs的荧光猝灭程度与Fe3+的浓度呈正相关,拟合式为y=0.04028+0.00191x-9.72584×10-7x~2,检测限为37.2 n M,抗其他金属离子的干扰性能优异。综上,通过自由基引发水热碳化法实现了R,T-CDs的高产率合成,并同时赋予其温敏、清除活性氧以及Fe3+识别三种功能。这种新的实验设计方法为功能化温敏碳点的制备提供了新的研究思路,并为碳点在细胞测温和清除活性氧的应用提供了借鉴。
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