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碳点是一种新型的荧光碳纳米材料,具有良好的荧光稳定性、多色荧光性、无毒性和生物相容性等优良的性能,因此在荧光标记、生物成像、生物传感器和光电子器件等领域具有十分广阔的应用前景。近年来,一些天然物质和材料(例如葡萄糖、氨基酸、树叶、橙汁和明胶等)由于具有来源广泛、价格低廉、可再生、环境友好、以及无毒性和良好的生物相容性等性能特点和优点,在碳点的制备和应用研究方面已经受到了人们越来越多的关注。本工作采用微波原位法制备了碳点/天然高分子纳米复合物(碳点/壳聚糖复合物、碳点/明胶复合物),并对所制备的碳点/天然高分子纳米复合物的性能及应用进行了研究。 首先,我们采用壳聚糖水溶液作为唯一反应物,通过微波原位法制备了碳点/壳聚糖复合物,该制备方法简单方便,所得碳点/壳聚糖复合物不需经过产物分离和提纯等步骤就能直接进行后续的应用。该碳点/壳聚糖复合物溶液呈黄棕色,透明均一,在365 nm紫外光下显示出明显的蓝色荧光。此外,该碳点/壳聚糖复合物中的碳点分散良好,尺寸比较均一。重要的是,该碳点/壳聚糖复合物具有新的综合性能特点,即不仅被赋予了碳点的多色荧光性能,而且还保留了壳聚糖的成膜性能和pH刺激响应性能。该碳点/壳聚糖复合物可以十分方便地直接应用于制备多色复合膜和复合小球,还可以直接应用于细胞标记和生物成像。因此,这种微波原位法制备的碳点/壳聚糖复合物在荧光材料、荧光涂层、生物成像和生物标记等领域具有潜在的应用价值。 我们还进一步开展了微波原位法制备的碳点/壳聚糖复合物的电沉积技术以及碳点的电控制释放研究。利用碳点/壳聚糖复合物所具有的多色荧光性能,以及成膜性能和pH刺激响应性能,可以直接将碳点/壳聚糖复合物电沉积在不同的电极和导电基材上制备荧光涂层,并且还可以非常方便地通过调控电沉积条件来控制碳点/壳聚糖复合物涂层的荧光强度;另外,我们利用碳点/壳聚糖复合物所具备的综合性能特点,通过电沉积技术在不同的电极和导电基材上构建了碳点/壳聚糖复合物的多色荧光图形和图案。另一方面,碳点/壳聚糖电沉积层和荧光图案中的碳点可以通过施加电信号的方法实现电控制释放。因此,这种可以直接应用于电沉积的碳点/壳聚糖复合物在荧光涂层、荧光图案和控制释放等领域具有良好的应用前景。 此外,本工作还采用明胶水溶液作为唯一反应物,利用简单方便的微波原位法制备了碳点/明胶复合物,该复合物也不需要经过产物分离和提纯等步骤就能直接进行后续的应用。测试结果表明,该碳点/明胶复合物不仅具备了碳点的荧光性能,而且还保留了明胶特殊的温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能,因此该碳点/明胶复合物可以十分方便地直接应用于构建碳点/明胶荧光图形和荧光图案。并且,该复合物可以直接应用于制备碳点/明胶复合小球,所制备的复合小球中的碳点可以通过调控水体系的温度实现对碳点的释放速度进行控制,这将有利于其在药物载体、控制释放、荧光标记等领域的应用。 本工作创新性地采用简单方便的微波原位法,直接构建出碳点/天然高分子荧光纳米复合物(碳点/壳聚糖复合物、碳点/明胶复合物),这些碳点/天然高分子复合物能够十分方便地直接进行后续的应用。并且,这些碳点/天然高分子复合物具备了新的综合性能,即不仅被赋予了碳点的性能,而且还保留了天然高分子的性能特点。本工作将为碳点/天然高分子纳米复合物的制备及应用研究提供重要的理论和实践依据,并为荧光涂层和图案、生物电子器件、控制释放、荧光标记及生物成像等领域的研究提供新思路。