基于黑磷量子点催化特性的化学发光分析应用研究

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近些年,黑磷量子点因具有独特的结构、优异的光电性能和良好的生物相容性在生物成像、癌症治疗、传感、太阳能电池等领域得到了广泛研究。本文将黑磷量子点的催化活性与化学发光技术相结合,利用黑磷量子点的催化活性增强了鲁米诺化学发光信号。通过掺杂Ag+,在黑磷量子点外围生成纳米银“外壳”制备Ag@BPQDs纳米复合材料,有效提升黑磷量子点的稳定性与催化活性。本文利用两种纳米材料的催化活性,构建了检测Co(Ⅱ)、α-葡萄糖苷酶及其抑制剂筛选的化学发光分析平台,提供了增强黑磷量子点稳定性与催化活性的手段与策略。具体研究内容如下:一、基于黑磷量子点催化特性的鲁米诺化学发光分析法检测钴(Ⅱ)离子以黑磷粉末为磷源,通过溶剂热法成功制备了黑磷量子点。黑磷量子点具有催化活性,在碱性介质中,能够增强鲁米诺化学发光信号。自由基清除与捕获实验证明,黑磷量子点-鲁米诺体系发光过程中有活性氧自由基的参与。钴(Ⅱ)离子可以有效地增强该体系的发光信号,据此建立了一种简单、快速、选择性好的化学发光传感器,实现钴(Ⅱ)离子的高灵敏检测。化学发光信号增强值与钴(Ⅱ)离子浓度在2.5~2000.0 pmol/L之间表现出良好的线性响应,检出限为0.7 pmol/L。在钴(Ⅱ)离子浓度为100.0 pmol/L时,进行11次测量,相对标准偏差为1.9%。该方法应用于硅胶和雨水中钴(Ⅱ)离子的测定。二、基于Ag@BP QDs纳米复合材料催化特性的化学发光分析法检测α-葡萄糖苷酶在溶剂热法合成黑磷量子点的基础上,采用机械搅拌法,成功制备了掺杂Ag+的“核壳”状Ag@BPQDs纳米复合材料。借助该化学修饰手段,不仅改善了黑磷量子点稳定性,而且大大提升了黑磷量子点本身的催化性能,增强了鲁米诺发光信号。α-葡萄糖苷酶可以特异性水解其底物2-O-α-D-吡喃葡糖基-L-抗坏血酸,生成具有较强还原性的抗坏血酸,抑制体系的化学发光信号。据此,构建一种Ag@BP QDs催化的鲁米诺化学发光体系,灵敏、快速地测定α-葡萄糖苷酶的活性。当酶活性范围为0.05~2.00 U/mL时,体系的抑制率与α-葡萄糖苷酶活性之间存在较好的线性关系,检出限为0.024 U/mL。在α-葡萄糖苷酶活性为0.25 U/mL时,进行11次测量,相对标准偏差为2.6%。此方法已成功用于α-葡萄糖苷酶抑制剂的筛选。本论文采用溶剂法成功制备了水溶性较好的黑磷量子点,提供了改善黑磷量子点稳定性与催化活性的手段。利用两种纳米材料的催化活性,建立了检测Co(Ⅱ)离子含量和α-葡萄糖苷酶活性的化学发光分析方法。该方法具有无背景光干扰、成本低、检测迅速、灵敏度高、选择性好等优点,成功应用于硅胶、雨水中Co(Ⅱ)离子的检测和α-葡萄糖苷酶抑制剂的筛选。本论文不仅拓展了黑磷量子点在化学发光领域的研究,同时对于环境检测和糖尿病诊断等方面具有重要的意义。
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