【摘 要】
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碳点(Carbon Dots,CDs)是一种尺寸小于10 nm的新兴零维碳基纳米材料。由于其特殊的结构,CDs不仅具有优异的荧光性能,还具有较多的反应位点和可修饰的官能团。因此,碳点可以通过其表面基团或者修饰的反应位点与目标分析物相互作用而改变荧光,从而实现对目标分析物的定性和定量检测。此外,CDs还具有水溶性好、环境友好、原料广泛、毒性低和生物相容性好的优点。利用荧光CDs进行检测具有灵敏度高、
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碳点(Carbon Dots,CDs)是一种尺寸小于10 nm的新兴零维碳基纳米材料。由于其特殊的结构,CDs不仅具有优异的荧光性能,还具有较多的反应位点和可修饰的官能团。因此,碳点可以通过其表面基团或者修饰的反应位点与目标分析物相互作用而改变荧光,从而实现对目标分析物的定性和定量检测。此外,CDs还具有水溶性好、环境友好、原料广泛、毒性低和生物相容性好的优点。利用荧光CDs进行检测具有灵敏度高、反应速度快、选择性好、可实时监测和操作简便等优点。目前已经有许多碳点应用于食品和环境检测、生化传感、生物成像和药物传输等诸多领域。但是由于碳点传感器在金属离子分析检测中的应用远多于其他物质,因此其在物质的检测方面还存在巨大的发掘潜力。本论文尝试通过设计、合成和修饰不同类型的CDs以用于活性物质的检测。具体研究工作和结果如下:(1)我们以邻苯二酚为单一碳源采用水热法成功制备了表面含有邻苯二酚基团的碳点,合成方法简单,不需要复杂的后处理程序,如钝化、掺杂和改性,所制备的碳点具有优异的水分散性、荧光稳定性以及比其他非掺杂-非修饰碳点更高的量子产率(32%)。通过对制备的碳点进行TEM、FTIR、UV-Vis、PXRD、XPS等一系列表征,我们发现Cl O-能够选择性的将CDs表面残留的邻苯二酚基团氧化成醌导致CDs荧光猝灭。我们详细的研究了CDs的荧光性质包括光稳定性、p H稳定性、强离子强度稳定性和选择性等,建立了分析检测Cl O-的新方法,碳点荧光强度与Cl O-的浓度在0.1-10μM范围内呈现良好的线性关系,检出限为30 n M,并成功应用于实际样品自来水中Cl O-的检测。(2)首先我们通过有机合成制备了7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑哌嗪(NBD-P),然后以柠檬酸为碳源合成了发蓝光的CDs,以CDs为能量供体,NBD为能量受体,哌嗪为反应位点,将CDs和NBD-P通过简单的搅拌吸附连接在一起,构建了一个荧光共振能量转移体系。我们对合成比例和反应条件进行优化,研究了修饰后CDs的荧光性质、表面基团和组成元素。修饰后的CDs表现出对H2S优异的选择性和灵敏度,在1-90μM范围内呈现出良好的线性关系,检出限为0.21μM。该方法已成功应用于人乳腺癌细胞内源性和外源性H2S的成像分析,可以直观的从荧光图像观察到细胞内H2S含量引起的荧光强度变化,为与H2S含量相关的生理病理过程的研究提供了新的方法。(3)我们以邻苯二酚作为碳源,苯硼酸作为硼源,在一定浓度氢氧化钠条件下采用水热法制备了B掺杂的CDs(B-CDs)。B-CDs表现出较弱甚至几乎没有的荧光,加入H2O2后荧光增强,建立了基于B-CDs的荧光增强型H2O2检测的新方法。我们对合成原料比例、氢氧化钠浓度以及实验反应条件进行了优化,并研究了B-CDs的元素组成以及与H2O2反应前后表面基团、紫外吸收和荧光性质的变化。同时研究了B-CDs与H2O2反应的选择性与灵敏度,与H2O2的浓度在0.05-3 m M范围内具有良好的响应,检出限为28μM。该方法成功的应用于实际样品自来水和山羊血清中H2O2的加标检测,具有较好的准确性和可靠性。
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