幾種碳基熒光納米材料的制備及其在生化分析中的應用.pdf

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

2、著如操作繁瑣、條件苛刻及耗時長等缺點;此外，在應用方面，這三種材料的諸多優(yōu)良性質還未得到充分利用，所構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用具有重要意義。
　　本文在簡要歸納GO-dots、C-dots和g-C3N4的制備及應用的基礎上，以水熱法和電化學法為手段，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建了幾種高性能的化學/生物傳感器

3、，主要研究內容如下:
　　(1)建立了簡單、快速制備GO-dots的方法。以廉價黑炭為前驅體，H2O2為綠色氧化劑，通過一步水熱法制備得到了GO-dots。我們對GO-dots的制備機理進行了討論，發(fā)現(xiàn)羥基自由基、氧自由基等氧化活性物質在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胞成像。本方法擯棄了當前制備GO-dots常用的H2SO4、HNO3

4、等強酸性化學試劑，不僅具有環(huán)保的優(yōu)點，而且還省去了繁瑣的后處理步驟，是當前速度最快、操作最簡單的制備GO-dots的方法。
　　(2)發(fā)現(xiàn)了C-dots的新性能。以乙二醇為前驅體，通過電化學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，這種方法具有簡單、快速、不需要外加還原劑、穩(wěn)定劑和能量的優(yōu)點。我們對C-dots的還原機理進行了討論，并發(fā)現(xiàn)C-do

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

6、Ps作用，影響AuNPs的合成?；诖?，我們構建了一個通過測定AuNPs吸光度變化實現(xiàn)對SCN-靈敏檢測的傳感器。該傳感器對SCN-具有良好的選擇性和檢測靈敏度，檢測限達到0.16μM，并成功應用于牛奶中SCN-的檢測。該方法打破了傳統(tǒng)基于C-dots熒光強度變化而構建傳感器的理念，為基于C-dots的傳感器的構建提供了一種新思維。
　　(4)建立了電化學制備超薄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所制備的超薄g-C3N4的結構進行了表征，并對可能的制備機理進行了討論。此外，所制備的超薄g-C3N4具有良好的類過氧化物酶性質，能夠催化H2O2對3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺的氧化，基于此，實現(xiàn)了對尿酸的靈敏檢測。本制備方法具有條件溫和、不需要危險化學試劑和制備時間短等優(yōu)點，為超薄g-C3N4的制備提供了一種新方法。
　　(5)建立了電化學“裁剪”法制

8、備熒光石墨相氮化碳納米點(g-C3N4-dots)的方法。以塊狀g-C3N4為前驅體、堿性物質為電解質、鉑片為正、負極，電解3h得到平均直徑為5-8 nm的g-C3N4-dots。該方法簡單易行、不需使用復雜儀器和有毒有害的化學試劑，同時我們發(fā)現(xiàn)制備的g-C3N4-dots不僅比塊狀g-C3N4具有更強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g+的特異性作用，我們構建了一個通過監(jiān)測AgNPs吸