论文部分内容阅读
碳量子点（C-dots,CDs）由于具有独特的性质,如可调节的发光特性、优异的物理化学性质、高稳定性、良好的生物相容性以及微小的尺寸,表现出巨大的应用前景,备受研究者关注。本论文通过掺杂法合成了3种不同类型的碳点,利用现代分析方法对所合成碳点进行表征,并将其用于化学与生物传感器的构筑与生物成像应用研究。第一章:对碳量子点进行了综述。简述碳点的发现和发展,归纳碳点的合成方法,总结碳点的理化性质,对碳点在分析检测、生物成像、药物递送领域的应用研究进展进行了概述。第二章:以酸性品红为原料,采用一步水热法制备了氮硫双掺杂碳量子点（N,S-CDs）。通过在碳点中引入氮、硫杂原子,使N,S-CDs荧光显著增强,发出强烈的黄色荧光,荧光量子产率达到9.9%。利用现代分析方法对N,S-CDs进行表征,所合成的碳点粒径约为3 nm,发光性能稳定,表面富含羧基、氨基和巯基官能团。第三章:以上述N,S-CDs为基础,构筑了选择性好、灵敏高的免标记测定姜黄素（Cur）和pH的荧光化学纳米传感器。基于静电作用和氢键作用,Cur会强烈猝灭N,S-CDs的荧光。实验证明,Cur检测线性范围为0.5-20μmol/L,最低检测限达81nmol/L。利用该荧光化学纳米传感器对实际样品中Cur含量进行检测,定量限优于同类探针,加标回收率介于96.6-104.6%之间,RSD<5.56%。该探针还具有双功能性,当pH从8.0下降到4.4时,N,S-CDs的黄色荧光(λem=543 nm)显著增强,计算得酸度系数（pKa）为6.06。而且,在pH为5.0-7.4的生理范围,N,S-CDs荧光强度与pH呈良好线性关系,这对近中性细胞溶质内pH变化的研究十分重要。进一步我们将N,S-CDs用于人宫颈癌（SiHa）细胞内激光扫描共聚焦显微（LSCM）成像以及SiHa细胞内pH值实时测定,这表明N,S-CDs具有优异的细胞膜通透性,能够避免细胞内自发荧光的干扰,可应用于活细胞内pH波动实时监测。第四章:以柠檬酸为碳源,N-乙酰基-L-半胱氨酸为掺杂剂,通过微波辅助热解法合成氮硫双掺杂碳量子点（NSCDs）。利用透射电子显微镜,X射线光电子能谱,元素分析,傅里叶变换红外光谱,紫外可见吸收和荧光光谱对NSCDs的结构和性质进行详细表征,探讨了NSCDs的形成机理。所制备碳点具有较小的尺寸,良好的分散性,能发出强烈的蓝色荧光(λem=443 nm)。此外,NSCDs对极端外部条件（包括离子强度、pH值、紫外光照射）表现出很好的耐受性。另外,Cr（VI）能强烈猝灭NSCDs的荧光,故NSCDs可用作高灵敏度和高选择性探针来实现Cr（VI）的检测。Cr（VI）检测的线性范围为0.5-125μM,最低检出限为20 nM。所合成的NSCDs还成功用人类宫颈癌SiHa细胞成像研究。第五章:Cr（VI）是一种常见的环境污染物,具有较高的毒性和三致作用。本章设计了一种基于内滤效应（IFE）的关闭式磷氮双掺杂碳点（PNCDs）荧光探针,该探针可用于Cr（VI）检测。该PNCDs纳米探针具有简单、方便、快速、选择性好且敏感度高等显著优点,因而可用于测定环境和生物体系中Cr（VI）。一方面,还原剂中官能团和Cr（VI）具有强烈的螯合效应;另一方面,还原剂可将Cr（VI）还原为Cr（III）或/和Cr（0）,使得IFE效应显著降低,PNCDs荧光得到显著恢复。因此,本章将PNCDs/Cr（VI）体系用作一种打开式荧光探针来检测抗坏血酸（AA,典型的还原剂）。Cr（VI）检测线性范围和最低检出限分别为1.5-30μmol/L和23 nmol/L。AA检测线性范围和最低检出限分别为5.0-200μmol/L和1.35μmol/L。该探针实现了活细胞中Cr（VI）和AA的双功能检测。