幾種碳基熒光納米材料的制備及其在生化分析中的應(yīng)用.pdf

1、熒光材料由于其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，在生化分析和生物成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的熒光材料（如半導(dǎo)體量子點(diǎn)和熒光染料）相比，碳基熒光納米材料具有原料廉價(jià)、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，是生化分析和生物成像應(yīng)用中的最佳選擇。碳基熒光納米材料中的氧化石墨烯量子點(diǎn)(GO-dots)、碳點(diǎn)(C-dots)和石墨相氮化碳(g-C3N4)因其水溶性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、熒光性能穩(wěn)定和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，更是受到了研究者們的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。目前，這三種材料的制備還存在

2、著如操作繁瑣、條件苛刻及耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn);此外，在應(yīng)用方面，這三種材料的諸多優(yōu)良性質(zhì)還未得到充分利用，所構(gòu)建的傳感器也存在著一些不足。因此，發(fā)展新的制備方法和拓展這三種材料的應(yīng)用具有重要意義。
　　本文在簡(jiǎn)要?dú)w納GO-dots、C-dots和g-C3N4的制備及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以水熱法和電化學(xué)法為手段，發(fā)展出了系列綠色、高效的GO-dots、C-dots和g-C3N4制備方法，并基于這三種材料的不同性能構(gòu)建了幾種高性能的化學(xué)/生物傳感器

3、，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)建立了簡(jiǎn)單、快速制備GO-dots的方法。以廉價(jià)黑炭為前驅(qū)體，H2O2為綠色氧化劑，通過一步水熱法制備得到了GO-dots。我們對(duì)GO-dots的制備機(jī)理進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)羥基自由基、氧自由基等氧化活性物質(zhì)在GO-dots的制備過程中起著重要作用。制得的GO-dots具有優(yōu)良的熒光穩(wěn)定性、低毒性和良好的生物相容性，可直接用于體外熒光細(xì)胞成像。本方法擯棄了當(dāng)前制備GO-dots常用的H2SO4、HNO3

4、等強(qiáng)酸性化學(xué)試劑，不僅具有環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且還省去了繁瑣的后處理步驟，是當(dāng)前速度最快、操作最簡(jiǎn)單的制備GO-dots的方法。
　　(2)發(fā)現(xiàn)了C-dots的新性能。以乙二醇為前驅(qū)體，通過電化學(xué)碳化法制備得到表面富含羥基的C-dots。該制備的表面富含羥基的C-dots具有優(yōu)良的還原性，可以將金屬離子還原成金屬納米粒子，這種方法具有簡(jiǎn)單、快速、不需要外加還原劑、穩(wěn)定劑和能量的優(yōu)點(diǎn)。我們對(duì)C-dots的還原機(jī)理進(jìn)行了討論，并發(fā)現(xiàn)C-do

5、ts的還原性具有普適性，可利用此性質(zhì)合成金納米粒子(AuNPs)、銀納米粒子(AgNPs)和金/銀納米復(fù)合物(Au@AgNPs)，拓展了C-dots的應(yīng)用范圍。此外，還基于合成的AuNPs的類過氧化物酶活性，構(gòu)建了一個(gè)檢測(cè)葡萄糖的比色傳感器。
　　(3)拓展了C-dots的傳感應(yīng)用新途徑。基于C-dots可以將Au3+還原成AuNPs，以及SCN-與AuNPs之間的強(qiáng)配位作用和刻蝕效應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在SCN-時(shí)，SCN-可與AuN

6、Ps作用，影響AuNPs的合成。基于此，我們構(gòu)建了一個(gè)通過測(cè)定AuNPs吸光度變化實(shí)現(xiàn)對(duì)SCN-靈敏檢測(cè)的傳感器。該傳感器對(duì)SCN-具有良好的選擇性和檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)限達(dá)到0.16μM，并成功應(yīng)用于牛奶中SCN-的檢測(cè)。該方法打破了傳統(tǒng)基于C-dots熒光強(qiáng)度變化而構(gòu)建傳感器的理念，為基于C-dots的傳感器的構(gòu)建提供了一種新思維。
　　(4)建立了電化學(xué)制備超薄g-C3N4的方法。本方法以三聚氰胺為原料，鉑片為正、負(fù)電極，在堿性

7、條件下快速制備得到了厚度為2nm的超薄g-C3N4。采用一系列的表征手段對(duì)所制備的超薄g-C3N4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)可能的制備機(jī)理進(jìn)行了討論。此外，所制備的超薄g-C3N4具有良好的類過氧化物酶性質(zhì)，能夠催化H2O2對(duì)3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺的氧化，基于此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尿酸的靈敏檢測(cè)。本制備方法具有條件溫和、不需要危險(xiǎn)化學(xué)試劑和制備時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，為超薄g-C3N4的制備提供了一種新方法。
　　(5)建立了電化學(xué)“裁剪”法制

8、備熒光石墨相氮化碳納米點(diǎn)(g-C3N4-dots)的方法。以塊狀g-C3N4為前驅(qū)體、堿性物質(zhì)為電解質(zhì)、鉑片為正、負(fù)極，電解3h得到平均直徑為5-8 nm的g-C3N4-dots。該方法簡(jiǎn)單易行、不需使用復(fù)雜儀器和有毒有害的化學(xué)試劑，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)制備的g-C3N4-dots不僅比塊狀g-C3N4具有更強(qiáng)的熒光和更好的水溶性，而且在水浴條件下可以將Ag+還原成AgNPs?；谏锪虼紝?duì)Ag+的特異性作用，我們構(gòu)建了一個(gè)通過監(jiān)測(cè)AgNPs吸